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• 薄膜過濾技術以不同的薄膜滲透性及選擇性為原理，利用薄膜上的微小孔洞將液體或氣體過濾，去除懸浮物、細菌、病毒或是更小的有機、無機分子。
• 薄膜過濾技術是半導體晶片的幕後推手，讓半導體晶片在製造過程中，免受塵埃或顆粒的傷害。其中技術包括將化學品純化、製造超純水及打造無塵室。
• 薄膜過濾技術可回收及再利用水或化學品，讓生產3C 產品的過程兼具環保與永續。

當你使用手機、電腦或平板時，是否曾好奇這些高科技設備的核心半導體晶片是如何被製造出來？一片半導體晶片的製造，需要經過一連串精密且複雜的過程，這個過程不僅是技術突破與創新應用的縮影，更在臺灣各產業掀起巨大的浪潮。當晶圓製造邁向先進製程，「薄膜過濾技術」又是如何成為功不可沒的幕後推手？就讓我們一起探索這項技術背後的原理以及應用前景。

什麼是薄膜過濾技術？

在人類日常生活中，舉凡布袋壓榨豆漿、濾網瀝出菜渣、紗窗隔絕塵霾，甚至市售茶包和咖啡濾袋等，過濾技術可以說是無所不在。過濾簡單來說，是將幾種不同物質分開，可依照分離的對象、原理和手法不同，選擇最經濟且有效的方法進行。想像一下，我們要如何去除醫療藥液中的微細顆粒？或是濃縮生物反應槽中的無水酒精？又該如何從廢氣中分離微量的有害汙染物呢? 這些都要歸功於良好的薄膜過濾技術。薄膜過濾（membrane filtration）是指利用具有微小孔洞的介質來過濾液體或氣體中雜質的技術，原理是基於薄膜的滲透性和選擇性進行分離。一般而言，薄膜孔徑從奈米（nm）到微米（μm）等級，有能力分離空氣中的懸浮物、細菌、病毒、甚至更微小的有機分子或無機離子，因此已廣泛應用於精密且高附加價值的產業中。

薄膜過濾如何應用於半導體製程中？

隨著精密產業蓬勃發展，許多電子產品不容許在製造過程中有任何汙染物進入產品內或附著在產表面，因為哪怕是微量汙染物都有可能成為產品的重大威脅。舉例來說，在半導體晶圓製程中，就算只是一顆微米級的塵埃落在晶圓上，都可能造成嚴重的短路現象，導致數百萬個電晶體無法正常工作，甚至連病毒也可能變成致命的微粒子扼殺半導體。因此，薄膜過濾技術在半導體製程中布下天羅地網，為的就是降低在製程中被汙染的風險，以提升最終晶圓的良率，可以說是半導體製程中的「最佳守門員」！接下來將依序介紹一些薄膜過濾在半導體領域中具有代表性的貢獻實例。

化學品純化分離

薄膜過濾技術在半導體製程中扮演了關鍵角色，尤其在分離化學品方面，這是因為在半導體製造中，晶圓會經過一道又一道的「清洗」和「蝕刻」製程，以清除特定物質（圖一）。其中所使用的特殊流體，包含氫氟酸（HF）、硫酸（H₂SO₄）等，對純度都有極高的要求，因此薄膜過濾技術在分離化學品時，需選擇對化學品耐受性較強的材料，如聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene, PTFE）、聚醚碸樹脂（Polyethersulfone, PES）等，可以有效去除特殊流體的微細物質，特別是過濾經過多次反應所產生的微粒雜質，不僅確保後續化學反應的進行，也提升製程的精確度。此外，在「光刻」製程中，光阻液和顯影劑的高純度對晶圓的品質也是至關重要，任何微小雜質都有可能導致晶片缺陷，影響最終產品性能。然而，使用過的光阻液和顯影劑有時會含有副產物及雜質殘留，這時，薄膜過濾技術就可以派上用場！薄膜過濾可以精確又有效地分離雜質，有利於回收和純化液體，降低用液成本，大幅提高永續利用，實現綠色製造。另一方面，在半導體製程中還會使用大量氣體，功用各有不同，舉例來說，氫氣（H₂）使用於還原反應和沉積過程，清除表面氧化層；氮氣（N₂）常作為保護氣體，防止氧化和汙染；氬氣（Ar）作為惰性氣體，常用於物理氣相沉積（physical vapor deposition, PVD）和刻蝕過程。上述這些氣體的純度要求極高，因此都會經過薄膜分離，以去除有可能影響製程的雜質，提升晶圓的品質和均勻性。

圖一｜經過清洗和蝕刻後的晶圓（Photo by Laura Ockel on Unsplash）

超純水處理系統

你可能很難想像，半導體晶圓製程所使用的超純水（Ultra Pure Water, UPW）究竟有多乾淨？它的電阻率是18.2 萬歐姆・公尺（Ω・m）以上，換句話說，純度超過我們日常的飲用水呢！而薄膜過濾為超純水處理系統提供了高效且穩定的解決方案，是半導體製程中不可或缺的重要技術。……【更多內容請閱讀科學月刊第664期】