[[alternative]]Reclamation and reuse for chemical mechanical polishing (CMP) wastewater assessment

碩士[[abstract]]於全球面臨水資源匱乏之問題情況下，本研究將針對半導體產業探討之，而其中化學機械研磨（CMP）廢水是具有相當回收價值之一道廢水，因此本研究將藉由案例，對CMP廢水回收再利用系統之經濟效益評估加以分析探討。本研究於建立最佳化模式架構時，除了考慮水平衡系統之外，亦應考慮外部成本內部化及經濟誘因之法規政策，所建立之式子盡以最簡化之方式表達，式子架構則為依個案所提供之資料所編寫，一般工業用水之成本為考量取水成本(水費)及廢水處理成本兩者，而本研究則附加考量納管費之部分，故本研究評估半導體化學機械研磨（CMP）廢水回收再利用系統之成本主架構為取水成本＋廢水處理成本＋納管費，此主架構三項因子之細部式子，將分別依不同案例而有個別之專屬式子。 本研究所建立之最佳化模式，其優點特色為：即時性、可行性評估及專屬化。本研究之最佳化模式模擬結果所得之最佳値，當固定回收係數繪出”流量&成本關係圖”，此圖對廠商而言，當面臨突發狀況時，可即時掌握當下流量之成本，使廠商得以輕易掌控整體狀況，並做出最佳決策；當固定流量繪出”回收係數&成本關係圖”，可由成本之趨勢，評估此系統之可行性，因在於無經濟效益之狀況下，設立此系統僅增加廠商之成本負擔而無他。因此，本研究之主要貢獻，為提供廠商較佳之即時性緊急應變系統，及有助於廠商評估半導體化學機械研磨（CMP）廢水回收再利用系統之可行性，減少不必要之損失，已達最佳之經濟效益。 總而言之，因全球資源有限，以水資源而言，水價必有所調漲，此外，於國內尚未實施廢污水排放費徵收，由此可知，廢水回收再利系統絕對是廠商必經之路，更何況需大量用水之半導體廠商，因此評估欲設立之CMP廢水回收再利用系統之可行性，將成為廠商須考量之重要議題。[[abstract]]Due to the lack of water resources becoming a global concern, this study will delve into the possibility and analyze the economic effect of systemically reclaiming and reusing CMP wastewater, considered to be highly recycle-valuable, produced mainly by the semiconductor industry. This study will create an optimization model which should take into consideration not only the balance of water system, but also legal policies such as internalization of external cost and economic incentives. The main structural formula is based on the case data and shall be represented in the simplest way possible. Other than the water utility cost and wastewater management cost typically found in the general industrial water expenses, this study also includes wastewater pollution penalty to be a major formula. As a result, the final structure for the estimation of the semiconductor CMP wastewater Reclamation and Reuse system cost comes out to be water utility + wastewater management + wastewater pollution. Other than these three major formulas, other minor equations will be formed specifically for each individual case. The advantages of the optimization model used by this study are its real-time property, feasibility evaluation and exclusiveness. Such model simulates results that optimize the consequences of deploying the wastewater Reclamation and Reuse system. Based on the fixed Reclamation coefficient, we can come up with the “Quantity & Cost correlation graph.” This graph provides the semiconductor manufacturers the ability to make better decisions, based on the total water expenditures, when facing unexpected problems or emergencies. On the other hand, from the fixed quantity we can come up with the “Reclamation coefficient & Cost correlation graph,” which lays out the feasibility of deploying such system based on the cost trend: if the cost is higher than the proposed income, this system will prove to be nothing but a liability to the manufacturers. As a result, the major contributions of this study are instantaneous contingency plan and economic assessment it offers to the manufacturers in semiconductor industry who plan to use CMP wastewater Reclamation and Reuse system. After all, due to the constrained global resources, water price is bound to soar. Also, since there is yet a wastewater discharge penalty domestically, Reclamation and Reuse system for wastewater is definitely the way to go, especially companies such as semiconductor manufacturers who utilize massive amount of water relative to others. Therefore, the assessment to adopt such a system becomes their biggest and more important issue at hand.[[tableofcontents]]目錄 中文摘要 I 英文摘要 II 目錄 III 表目錄 V 圖目錄 VI 第一章 緒論 1 1-1 研究動機 1 1-2 研究目標 3 第二章 化學機械研磨概述及廢水處理理論 4 2-1 化學機械研磨（CMP）之概況 4 2-2 化學機械研磨（CMP）技術 5 2-3 化學機械研磨（CMP）製程之研磨液種類 7 2-4 化學機械研磨（CMP）製程廢水之處理技術 9 2-5 廢水再利用及回收技術 12 2-6 CMP廢水處理及回收再利用相關文獻彙整 14 2-7 電聚膠凝法 24 2-8 薄膜技術 26 2-9 逆滲透法 28 第三章 研究方法 30 3-1 水平衡系統分析 30 3-2 最佳化模式 33 3-2-1 目標函數 35 3-2-2 限制式 35 第四章 個案研究 38 4-1 研究計畫架構 38 4-1-1 外部成本內部化 40 4-1-2 經濟誘因 43 4-2 實驗案例 50 4-2-1 背景資料 50 4-2-2 處理及操作成本 53 4-2-3 最佳化模式架構 55 4-3 實廠案例 57 4-3-1 背景資料 57 4-3-2 處理及操作成本 59 4-3-3 最佳化模式架構 61 第五章 結果與討論 63 5-1 最佳化模擬結果之探討分析--實驗案例 68 5-2 最佳化模擬結果之探討分析--實廠案例 76 第六章 結論與建議 83 6-1 結論 83 6-2 建議 87 參考資料 88 表目錄 表2-3-1 CMP所用之研磨液分類【8】 7 表4-1-2-1 租稅優惠獎勵措施建議修正 47 表4-2-1-1 化學機械研磨廢水水質與自來水水質標準比較 51 表5-1-1 實驗案例之成本總表 69 表5-2-1 實廠案例之成本總表 77 圖目錄 圖2-2-1 CMP平坦化製程的設備示意圖【1】【2】【3】 6 圖2-2-2 介電層平坦化之示意圖 6 圖2-4-1 化學機械研磨流程【25】 9 圖3-1-1 水平衡系統 30 圖3-2-1 廢水重複利用供需之可能的物理關係 34 圖5-1 流量與成本之關係—實驗及實廠案例 66 圖5-2 污染防治總成本與環境品質之關係圖【32】 67 圖5-1-1 回收係數與成本之關係圖—實驗 68 圖5-1-2 『↑成本』及『↓成本』之成本差關係圖—實驗 74 圖5-1-3 有效率之污染防制關係圖 75 圖5-2-1 回收係數與成本之關係圖—實廠 76 圖5-2-2 『↑成本』及『↓成本』之成本差關係圖—實廠 82[[note]]學號: 693330192, 學年度: 9