【我們為什麼挑選這篇文章】近期雨連日不下，氣溫越來越高，歐美、台灣都發生缺水問題，甚至更近一步導致缺電。歐美屢傳因水位過低，造成核能、水力發電失利。隨著製程精密度愈來愈高，先進製程的耗電及耗水量也不斷提高，以下是英特爾面對自家的「吃水電怪物」，提出什麼樣的解決方案？（責任編輯：洪郁萱）
文/劉煥彥
台積電（2330）於 5 月宣布，準備在美國亞利桑納州設立 5 奈米製程的晶圓廠，消息一出震撼業界。
有趣的是，外傳台積電最可能落腳的大城鳳凰城，已是美國半導體大廠英特爾的製造重鎮，在當地有四座晶圓廠，包括耗資 70 億美元（約合 2100 億元台幣）、今年才投產、技術最先進的 Fab 42。
問題是，晶圓廠不僅是吃電怪獸，也是用水怪獸，但亞利桑納州是亞熱帶沙漠氣候，全年降雨僅約 150 至 400 毫米，遠低於台灣年平均降雨量的 2500 毫米。
身為美國半導體巨擘的英特爾，為何選在沙漠氣候的地點設晶圓廠，又如何解決每天用水量龐大的問題？
晶圓廠不僅是吃電怪獸，更是用水怪獸
半導體製程需要大量用水，特別是使用乾淨程度為自來水 1000 倍的超純水（ultrapure water）。以往晶圓廠需要用上 1400 至 1600 加侖自來水，才可能轉化為 1000 加侖的超純水。
（美制 1 加侖液體相當於 3.7854 公升）
其次，若要在一片 12 吋晶圓上製造積體電路，需要用上 2200 加侖（8327 公升）的水，包括 1500 加侖的超純水，所以晶圓廠不僅是吃電怪獸，也是用水怪獸。
根據 2015 年英特爾企業責任報告書，該公司一年用水量高達 90 億加侖，相當於 75000 個美國家庭的正常用水量。水資源充沛與否，不僅攸關晶圓製程良率，一旦沒處理好甚至可能讓整座晶圓廠停擺。
若打開英特爾的全美布局，可看出亞利桑納州已成為兩大製造重心之一。
在英特爾全球 14 座晶圓廠之中，亞州就有四座，而且都位於鳳凰城東南邊、車程半小時的小鎮錢德勒（Chandler）的 Ocotillo 園區內，包括 Fab 12、Fab 22、Fab 32 及 Fab 42，其中 Fab 42 更是英特爾設立 7 奈米產線的重點晶圓廠。
亞利桑納州的水源，主要來自水資源豐沛的科羅拉多河，但近年已有科學研究預估，科羅拉多河水位恐逐年下降，使得半導體業的水資源循環利用愈來愈迫切。
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英特爾從 1990 年代設立 Ocotillo 園區至今，至少做了以下三件事，確保自家晶圓廠的用水循環比重愈來愈高，因此無須每天引進大量的當地自來水，還減輕自家工業廢水對錢德勒市府汙水處理廠的處理壓力。
第一，英特爾早在 1994 年就與錢德勒市政府議定，成立了一座 RO（逆滲透）廢水處理廠，是以 RO 搭配微過濾（MF）等方式，將晶圓廠廢水中的鹽度降低 75%，再排放至市政府的汙水處理廠。
到了 2014 年，英特爾與市政府商議，將這座 RO 廢水處理廠的技術升級，並更名為OBRF（Ocotillo Brine Reduction Facility），兩大目的是要完全消除自家工業廢水中的鹽水，再排放至市府的汙水下水道，並降低英特爾晶圓廠消耗當地自來水的程度。
通常含鹽的工業廢水，都是直接排放至汙水下水道，但在英特爾的 Ocotillo 園區都是先送到 OBRF 處理。錢德勒市政府水務局督察 Kim Neill 就說：「如果直接排到下水道，我們汙水處理廠的 TDS（總溶解固體）會偏高。」
根據 2018 年英特爾公開發表的 OBRF 簡報，以及 2017 年當地媒體報導，這座廢水處理廠每天可處理 150 萬加侖的半導體製程廢水，佔所有廢水的 94%。
OBRF 將處理後的廢水回復到飲用水的標準後，送回英特爾廠區內再利用（例如供給冷卻塔），並因此降低引進自來水的用水量。
OBRF 的營運方式也別有心裁，整座處理廠是由英特爾出資成立，並負責每年營運費用，市政府則出 15 位工作人員負責日常營運。
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第二，英特爾持續改進晶圓廠製程的超純水淨水技術。
以往需要 2 加侖自來水才能過濾為 1 加侖的超純水，到了 2017 年英特爾只需要 1.1 加侖自來水就做得到。
第三，在今年啟用的 Fab 42 工程項目中，有一個是佔地 12 英畝（4.8公頃）的廢水處理廠，每天可以處理 910 萬加侖的半導體製程廢水，處理後將其中 20% 送回給 Fab 42 的冷卻系統使用，其於 80% 送給市府淨水場做為民間灌溉用途。
不僅如此，今年 5 月英特爾發表了 2030 年願景，其中包括十年內英特爾在全球將達到水資源使用量的淨成長是零（net positive water use），意味其自有廢水處理技術可能再上一層樓，有助節省更多水資源。
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