20210224編按：台積電等國內多家晶圓代工大廠，本周水荒警戒升級！
媒體報導，由於桃竹苗水情告急，台積電、聯電及世界先進從昨（23）日開始實施水車載水，意味用水不足成為當前國內晶圓代工業訂單接不完、全球半導體市場極度供不應求之際，台灣這個生產重鎮的最新變數。
同樣是吃水怪獸，台積電最大美國對手英特爾，早在1990年代就在平均降雨量遠低於台灣的美國亞利桑納州設廠，他們怎麼搞定用水這回事？
英特爾在亞利桑納州有四座晶圓廠 全都在鳳凰城
台積電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。
▲英特爾在亞利桑納州鳳凰城郊區的Ocotillo園區，內有四座晶圓廠，包括今年才落成、技術最先進的Fab 42。（圖片來源：英特爾官方影片截圖）
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。
英特爾晶圓廠省水大作戰 至少做了這三件事
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。」
▲英特爾出資建立的廢水處理廠OBRF，是當地晶圓廠水資源循環利用的關鍵。（圖片來源：亞利桑納水公司官網）
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。
英特爾淨水技術大躍進
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。
2030年願景 100%水資源循環利用
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。
