濱南工業區對台南科學園區IC廠製程之影響分析與建議
台大化工系教授 謝國煌
政府已規劃在新市南部科學園區發展IC產業以使臺灣成為科技島。然而，又同時在同屬平原地區的西北方20公里處的七股規劃大型的石化、煉鋼產業，在平原上區區20公里的距離內規劃兩個對環境品質要求標準不同的產業，其相互影響為何？本文將就IC產業的發展趨勢及其周遭環境品質要求作說明，並就七股地區設立石化煉鋼廠後，其排放物對新市IC廠的影響作探討與分析。
IC產業是結合電路設計及高潔淨技術的化工製程產業，其製程中的空氣純化程度，隨著IC的發展，逐年嚴苛。未來IC製程中，空氣的微粒子含量比目前的class 1（即粒徑0.1微米的微粒子在1立方米空氣中含量小於1顆）還要低；空氣中不純的污染物的濃度要求在十億分之一（1ppb）以下；同時製程中純水的水質要求更高，1毫升（ml）水中不得含有0.1微米及0.05微米的微粒子1顆以上（表1、表2）。
然而，假設大型的石化、煉鋼廠在七股設立，其排放的懸浮微粒子，大部份為一微米以下（平均為0.4微米）的微粒子；二氧化硫（S02）每小時2,524公斤、二氧化氮等（NOx）每小時1,654公斤及多種類的胺類化合物等，如此多種且大量的污染源在七股地區排放。假設其排放高度為100米，以西北風的方向、風速為3~5米／秒及5米／秒以上兩種情況來計算，在七股與新市兩地相距20公里，在白天太陽輻射量大的情況下，依照高斯煙流模式計算，則在新市地區的空氣中SO2濃度將分別增加6.1ppb（3~5米／秒）與29.2ppb（5米／秒以上），NO2增加5.6ppb與26.6ppb（5米／秒以上），而微粒子的傳遞現象與氣體煙流方式不同，它靠著漂浮擴散於空氣中，經由重力而沈降至大地或河川水庫中，微粒子粒徑愈小飄得愈遠。石化業煉鋼廠對微粒子的過濾若以袋濾的方式集塵，效率最高。但也僅對一微米以上的微粒子有效。一微米以下的微粒子集塵效率較低，因此排放於大氣中的微粒子粒徑大部份在1微米以下，平均大約0.4微米，這些微粒子可經由空氣中飄浮至新市地區，也可經由落塵至河川、水庫中再經供水系統至新市地區的IC廠。至於石化業生產多種類的胺類化合物，如氨氣、含氮的溶劑等等，都會增加空氣中的污染。因此在七股地區的石化、煉鋼廠排放出的物質對新市地區IC廠有影響的污染物濃度增加量如表3所列。
IC產業的發展在於IC製程微影技術不斷的改進（表4）；由目前的i-line生產0.3∼0.28微米線寬的IC，發展至未來改用深紫外光生產小於0.18微米以下線寬的IC，光阻劑由目前的光敏劑／酚醛樹脂系統，將改用光酸發生劑／聚羥基苯乙烯（PAG／PHS）系統的所謂增幅型光阻劑（Chemical Amplification photoresist，CAMP），即是利用照光產生質子酸（ ）而加速催化的光酸反應。這種光阻劑對空氣中微量的酸及胺類化合物非常敏感。前者會再加速光酸反應的進行，而後者則會中和光阻劑中的酸，降低其反應速率。由近年來的研究報告（參考資料2-5）顯示，污染物只要十億分之一（ppb）的濃度就會影響光阻劑的反應速率，進而造成IC線路的線寬縮小（微量酸存在下）或擴大（T-top、胺類化合物存在下）。所以IC廠未來的空氣中酸、胺類化合物總量皆不得超過十億分之一（1 ppb）的濃度。
綜觀前面的分析資料，以目前新竹科學園區以 i-line（365μm）光及使用對酸、胺類化合物不敏感的光阻劑（光敏劑／酚醛樹脂型式）生產 IC，都必須要求其空氣中的純度到1 ppb以下的程度。南部科學園區未來需要使用對上列污染物非常敏感的光阻劑（光酸發生劑／聚羥苯乙烯型式）才能發展線寬0.2微米以下的IC，所以更需要周遭潔淨的環境配合。雖然這些污染物可以用過濾的方法解決，如以酸類污染物（SO2及NO2）為例，增加量約為11.7ppb（3~5米／秒）或55.8ppb（5米／秒以上），則過濾器的更換率就得增加至少12倍（為最保守估計）以上，過濾的設備及過濾器的更換是相當昂貴的。經年累月的累積，以南部科學園區目前1兆2千億的投資規模粗估，增加的費用可能超過七股濱南工業區的總投資額。換句話說，濱南工業區設立石化、煉鋼廠後，南部科學園區IC產業將不可能有發展，在國際上的競爭力，可能只是曇花一現而已，因此政府及相關產業界宜重新審慎深入評估濱南工業區設立石化、煉鋼產業的適當性。
其實IC產業設在新市地區有其先天的優良條件，台南地區以農業為主，大片綠野農田，造就了清新潔淨的空氣品質，提供IC產業發展的基本條件，IC產業是電子工業的火車頭產業，其相關的衛星及下游高科技產業相當多，台南地區除了繼續執行綠化的農業發展外，週遭環境若要規劃為工業區也應以低污染性且與IC產業相關或相容的產業，如其衛星及下游產業或生物科技產業為主，佔地不需要大卻能有超出石化產業的生產效益。如此，高科技的產業才能在台南地區發展茁壯，大量的高科技人才願意進駐台南地區。隨之，生活的品質要求將提高，因此，台南沿海地區依文化特質及其自然生態環境規劃為觀光休閒的活動地區，這樣的規劃才是符合台灣成為科技島的方式。
參考資料
- 1."矽金之島－2010"，電子資訊，第二卷，第六期，p.88-89（1996）。
- 2."Airborne Contamination of a Chemically AmplifiedResist.I. Identification of Problem"，Chem. Mater.，5，348（1993）。
- 3."Effect of Reducing Contamination Concentration When Patterning a Chemically Amplified Positive Resist"，SPIE，2438，599（1995）。
- 4."Direct Evaluation of Airborne Contamination in Chemically Amplified Resist Films"，SPIE，2438，617（1995）。
- 5."Contamination Control for Processing DUV Chemically Amplified Photoresists"，SPIE，2438，626（1995）。
| 表1 IC製程潔淨度的演進 | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 區別 | 1980 | 1990 | 1993 | 1996 | 2004 |
| 技術 | 64K | 4M | 16M | 64M | 1G |
| 線寬（μm） | 2.0 | 0.8 | 0.5 | 0.3 | 0.2~0.1 |
| 潔淨室等級（class） | 100~1,000 | 1 | 0.1 | 0.1 | ＜0.1 |
| 廠務設施供應純度（ppb） | 1,000 | 50 | 5 | 1 | 0.1 |
| 表2 IC製程用水水質要求 | |||
|---|---|---|---|
| 微粒子 | 1M | 4M | 16M（推定） |
| 0.1μm（顆／ml） | 10~20 | ＜5 | ＜1 |
| 0.05μm（顆／ml） | - | ＜10 | ＜5 |
| 表3 濱南工業區對新市科學園區的污染物濃度增加量 | |||
|---|---|---|---|
| 類別 | 種類 | 3~5米／秒 濃度增加量（ppb） | 5米／秒以上 濃度增加量（ppb） |
| 微粒子 | 空氣中 | 增加 | 增加 |
| 水中 | 增加 | 增加 | |
| 酸類化合物 | SO2 | 6.1 | 29.2 |
| NO2 | 5.6 | 26.6 | |
| 胺類化合物 | NH3 | 增加 | 增加 |
| 含氮化合物 | 增加 | 增加 |
| 表4 IC製程微影技術的演變 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 區別 | 1960 | 1970 | 1980 | 1990 | 1996 | 2004 |
| 線寬（μm） | ＞2 | ＞0.5 | 0.4 | 0.3~0.28 | ＜0.18 | ＜0.15 |
| 微影技術 | Broadband | Broadband | g-line | i-line | 深紫外光
Deep UV | 超深紫外光 Very Deep UV |
| 波長（μm） | 350~450 | 350~450 | 436 | 365 | 248 | 193 |
| 光阻劑型式 | Poly（vinyl-cinamic acid） | Bisazide rubber | 光敏劑／酚醛樹脂 | 光敏劑／酚醛樹脂 | 光酸發生劑／聚羥苯乙烯 | 光酸發生劑／聚壓克力樹脂 |
