半导体制程“超纯水”怎么来?Intel用这三点搞定自家用水怪兽

随着制程精密度越来越高,先进制程的耗电量也不断提高,然而不只电量,半导体制程同样需耗费大量用水。近年来多家台厂为布局全球供应链,前往海外设厂,要如何在符合当地法规、达高效生产的同时,做好企业社会责任,不让废水破坏环境生态,是众厂共同面临的挑战。、今年才投产、技术最先进的Fab 42。

问题是,芯片厂不仅是吃电怪兽,也是用水怪兽,但亚利桑纳州是亚热带沙漠气候,全年降雨仅约150至400毫米,远低于台湾年平均降雨量的2500毫米。

身为美国半导体巨头的英特尔,为何选在沙漠气候的地点设芯片厂,又如何解决每天用水量庞大的问题?

芯片厂不仅是吃电怪兽,更是用水怪兽

半导体制程需要大量用水,特别是使用干净程度为自来水1000倍的超纯水(ultrapure water)。以往芯片厂需要用上1400至1600加仑自来水,才可能转化为1000加仑的超纯水。

(美制1加仑液体相当于3.7854公升)

其次,若要在一片12英寸芯片上制造集成电路,需要用上2200加仑(8327公升)的水,包括1500加仑的超纯水,所以芯片厂不仅是吃电怪兽,也是用水怪兽。

根据2015年英特尔企业责任报告书,该公司一年用水量高达90亿加仑,相当于75000个美国家庭的正常用水量。水资源充沛与否,不仅攸关芯片制程良率,一旦没处理好甚至可能让整座芯片厂停摆

若打开英特尔的全美布局,可看出亚利桑纳州已成为两大制造重心之一。

在英特尔全球14座芯片厂之中,亚州就有四座,而且都位于凤凰城东南边、车程半小时的小镇钱德勒(Chandler)的Ocotillo园区内,包括Fab 12、Fab 22、Fab 32及Fab 42,其中Fab 42更是英特尔设立7纳米产线的重点芯片厂。

亚利桑纳州的水源,主要来自水资源丰沛的科罗拉多河,但近年已有科学研究预估,科罗拉多河水位恐逐年下降,使得半导体业的水资源循环利用越来越迫切。

Intel启动省水大作战:先和当地政府完成协议

英特尔从1990年代设立Ocotillo园区至今,至少做了以下三件事,确保自家芯片厂的用水循环比重越来越高,因此无需每天引进大量的当地自来水,还减轻自家工业废水对钱德勒市府污水处理厂的处理压力。

第一,英特尔早在1994年就与钱德勒市政府议定,成立了一座RO(逆渗透)废水处理厂,是以RO搭配微过滤(MF)等方式,将芯片厂废水中的盐度降低75%,再排放置市政府的污水处理厂。

到了2014年,英特尔与市政府商议,将这座RO废水处理厂的技术升级,并更名为OBRF(Ocotillo Brine Reduction Facility),两大目的是要完全消除自家工业废水中的盐水,再排放置市府的污水下水道,并降低英特尔芯片厂消耗当地自来水的程度。

通常含盐的工业废水,都是直接排放置污水下水道,但在英特尔的Ocotillo园区都是先送到OBRF处理。钱德勒市政府水务局督察Kim Neill就说:“如果直接排到下水道,我们污水处理厂的TDS(总溶解固体)会偏高。”

根据2018年英特尔公开发布的OBRF演示文稿,以及2017年当地媒体报道,这座废水处理厂每天可处理150万加仑的半导体制程废水,占所有废水的94%。

OBRF将处理后的废水回复到饮用水的标准后,送回英特尔厂区内再利用(例如供给冷却塔),并因此降低引进自来水的用水量。

OBRF的运营方式也别有心裁,整座处理厂是由英特尔出资成立,并负责每年运营费用,市政府则出15位工作人员负责日常运营。

净水技术大跃进,Intel预计2030年达100%水资源循环利用

第二,英特尔持续改进芯片厂制程的超纯水净水技术。

以往需要2加仑自来水才能过滤为1加仑的超纯水,到了2017年英特尔只需要1.1加仑自来水就做得到。

第三,在今年激活的Fab 42工程项目中,有一个是占地12英亩(4.8公顷)的废水处理厂,每天可以处理910万加仑的半导体制程废水,处理后将其中20%送回给Fab 42的冷却系统使用,其于80%送给市府净水场作为民间灌溉用途。

不仅如此,今年5月英特尔发布了2030年愿景,其中包括十年内英特尔在全球将达到水资源使用量的净增长是零(net positive water use),意味其自有废水处理技术可能再上一层楼,有助节省更多水资源。