VIP 專屬文章 【新新聞】幫台積電洗晶圓有多難　藝康全球副總：整座湖水加一粒鹽水就不夠純

AI晶片愈做愈小、運算效能愈來愈高，支撐先進製程的水資源需求也同步攀升。藝康（Ecolab，NYSE：ECL）全球高科技事業群執行副總暨總經理喬許．馬格努森（Josh Magnuson）接受《新新聞》專訪指出，部分先進製程每片晶圓可能歷經超過300次清洗，不只用水量增加，對超純水純度的要求也更為嚴格；藝康整合Ovivo的超純水技術後，正推動在製程設備端分流、處理不同廢水，目標讓70%至80%的處理水重新回到超純水系統前端。

「製程節點愈先進，晶圓需要的清洗次數愈多，水的需求是量與質同步增加。」馬格努森表示，AI產業從電力、晶片製造到資料中心冷卻，每一個環節都離不開水；藝康希望協助發電設施以更少的水支援更多能源，讓晶圓廠提高水回收與再利用率，再透過高效率冷卻降低資料中心的水與電力需求。

相較於一般消費品牌，藝康在台灣的知名度並不高，但在工業水處理領域則是全球知名巨頭。這家擁有逾百年歷史的美國企業，業務橫跨40個產業、遍及全球170個國家，旗下Nalco Water長期提供冷卻水、鍋爐水、化學處理、數位監測與現場服務；2025年底完成收購Ovivo Electronics後，進一步補上半導體超純水、水回收及廢水處理能力，並透過CoolIT切入資料中心直接液冷。隨著AI晶片與資料中心需求升高，全球高科技平台目前已成為藝康最大的成長引擎。

根據藝康資料，全球迄今已安裝超過280套超純水系統，每小時產水量超過5.1萬立方公尺；另有85套水回收系統，每小時處理約1.9萬立方公尺，以及88套放流水處理系統，每小時處理超過2.6萬立方公尺。這也使其服務範圍從原水進廠、超純水、製程與冷卻用水，一路延伸至回收水和最終放流水處理。

馬格努森說，藝康原本擅長管理水如何被使用，Ovivo則專精於超純水和廢水處理，「現在我們能向半導體客戶提供端到端的完整水系統」，讓晶圓廠不必把進水、製程用水及廢水回收視為彼此分離的環節。

水在晶圓廠內大致扮演兩種角色。第一種是直接用於製程的超純水，負責輸送化學物質，以及在多個製程階段清洗、沖洗晶圓；第二種則是支援冰水機、冷卻塔與製程冷卻水等廠務系統，維持廠房溫度、濕度和設備運作穩定。

兩者雖然用途不同，卻都可能影響晶片品質與產線稼動率。當線寬不斷微縮，水中極微量的粒子、金屬、離子或溶解氣體，都可能在晶圓表面形成缺陷。藝康資料顯示，5奈米以下先進製程需要的超純水量，約為成熟製程的3倍；水質因此不再只是公用設施課題，而是良率管理的一部分。

為了讓一般讀者理解超純水究竟要多純，馬格努森以日內瓦湖比喻：「假設整座日內瓦湖都是超純水，只放進一粒鹽，對先進半導體製造而言，都可能已經不夠純。」 （相關報導： 【新新聞】年輕女性梅毒比例爆增　上升的孕婦梅毒恐危及胎兒健康 ｜ 更多文章 ）

他表示，超純水系統必須採用非金屬泵浦、非金屬接液材料及多道處理程序，盡可能排除微粒、金屬及溶解氣體等汙染來源。當水中雜質濃度已低到現有量測工具難以直接辨識時，晶圓廠甚至必須從晶圓表面的缺陷檢測，反向確認水質是否達標。

然而，製程用水洗過晶圓後，可能帶有酸、鹼、二氧化矽、界面活性劑、微量金屬及有機物。若先把性質不同的廢水全部混合，再送往大型集中式設施處理，不僅分離難度提高，也可能錯失回收其中化學物質及有價材料的機會。

馬格努森主張，應在汙染物離開製程設備後便依種類分流，透過設置在製程端附近的小型處理單元，先把汙染物移除，再將水送回循環系統。「水不應該被當成廢棄物。若能在製程設備端先分類、處理與回收，就不必等到所有物質混在一起後，再用一座更大的廢水廠解決。」

他並不否定集中式廢水處理設施的作用，而是認為集中處理不應是唯一解方。若前端能先去除高濃度或特定汙染物，後端設施的處理負荷也能隨之降低。採用這種源頭分流方式，藝康設定的目標，是將70%至80%的處理水直接回送到超純水系統前端。

不過，70%至80%是方案追求的目標，並不代表所有晶圓廠目前都已達成這項回收率。馬格努森也坦言，回收更多水通常需要更多過濾、泵送、化學處理及能源投入，不能單獨追求水回收率，卻忽略碳排、成本與廢棄物同步上升。

馬格努森將這種關係稱為「水與能源的關聯」（water-energy nexus）。晶圓廠的冰水機組可能占全廠能源使用25%至30%，僅次於製造設備；若能提升冷卻水管理效率、降低結垢與腐蝕，便能減少冰水機耗電，再把節省下來的能源空間用於水回收。

藝康旗下3D TRASAR技術可線上即時監看水質、腐蝕和系統狀態，自動調整化學藥劑投入，並在異常發生時提出警示；ECOLAB3D與全球智慧中心則提供遠端分析及全天候支援。馬格努森表示，下一階段將運用AI模型，讓水系統從即時可視化進一步走向預測和自動最佳化，涵蓋超純水、回收水、公用系統及廢水管理。

水管理帶來的效益，不只發生在直接清洗晶圓的超純水環節。恩智浦半導體（NXP Semiconductors，NASDAQ：NXPI）位於美國德州奧斯汀的晶圓廠，曾希望將製程回收水導入中央公用系統的冷卻塔，降低市政用水與廢水排放，卻面臨另一種挑戰。

這些回收水含有磷酸鹽、氟化物、硫酸鹽、氯化物、氨、二氧化矽，以及鈣、鎂等硬度成分，一旦水質波動，便可能增加冷卻系統腐蝕、微生物滋生與結垢風險，原有處理方案無法支援大規模回用。

Nalco Water因而導入3D TRASAR冷卻水技術，同步升級化學藥劑輸送及自動化控制系統，透過即時腐蝕監測、可因應水質變化的化學處理，以及24小時遠端監控，讓NXP能安全擴大回收水使用。冷卻塔濃縮倍數因此從7提高至15，腐蝕率降低93%，也能在異常擴大前採取修正措施。

導入後，NXP每年減少720萬加侖、約2.73萬立方公尺市政用水，並減少850萬加侖、約3.22萬立方公尺廢水排放。水費與排放成本每年合計節省7萬865美元，加上人力優化及方案成本下降，年度總價值達11萬4865美元，依目前匯率換算約新台幣364萬元。

值得注意的是，這項案例解決的是「如何把製程回收水安全導入冷卻塔」，並非直接把回收水轉換為清洗晶圓所需的超純水，但也說明水回用若缺乏即時監測、化學控制與專業支援，仍可能把節水效益轉變為設備與停機風險。

面對台灣半導體產能持續擴張，藝康今年已在台南科學園區啟用研發中心，聚焦水化學、水質監控、淨化及相關水管理技術。馬格努森表示，研發中心將把美國及其他市場的新技術帶進台灣，再依本地水質、製程與基礎設施條件完成在地化，回應台灣微電子產業的實際需求。 （相關報導： 【新新聞】年輕女性梅毒比例爆增　上升的孕婦梅毒恐危及胎兒健康 ｜ 更多文章 ）

台灣2021年曾遭遇56年來最嚴重乾旱，水資源能否支撐先進製程擴產，已不只是環境永續問題。當AI晶片對超純水的量與質提出更高要求，水循環也正從企業的ESG成果，轉變為牽動良率、產能及全球供應鏈韌性的必要基礎設施。