多管齊下打造氫氟酸永續供應鏈 — 僑力化工
受訪者：僑力化工永續長暨執行副總 蔡麗蕙、僑力化工經理 温正華
與談人：蘇郁婷、林耕樂、沈昭妤、莊惟任
撰文記者：莊惟任
從線性經濟轉往循環經濟的路途中，企業責任的範圍不斷發生質變。位居各產業龍頭的領航企業，除了配合政府法規減低污染、浪費外，也積極刻劃帶有產業願景的永續藍圖。致力於氟化物生產的僑力化工，握有「藥品級氟化納」、「電子級氫氟酸」等高階氟化物的生產技術，長年支持著終端品牌業者對於氟化物原料的需求。隨著全球產業鏈越來越重視永續經營，品牌業者亦持續要求上游供應鏈達成減碳、廢棄物管理等友善環境目標。其中，攸關半導體產業發展，且被環保法規列為「關注化學物質」的氫氟酸，更是需要在嚴謹的ESG架構下，多面向的回應人們對永續發展的期盼。
以氟化物起家的僑力化工
僑力化工創立於1991年，前身為1972年設立的僑勵貿易，最初主力經營化工原料的進口與銷售。而在代理的過程中，僑勵發現臺灣氟化物過度仰賴日本技術，當日方認為臺灣氟化物市場過小、不值得投入時，他們就很難取得各類氟化物的資源，遂心生自主研發技術的念頭。1991年成立的僑力化工，就是在這背景下誕生的。
創立初期，僑力主要生產工業級氫氟酸（55%、70%）、氟硼酸、氟硼酸錫、氟硼酸鉛等產品。隨著技術的積累，僑力於1996年開始投入氟化鈉的生產，品項橫跨藥品級、工業級以及酸性氟化鈉，其中藥品級氟化鈉更是全球唯一取得「美國食品藥物管理局（FDA）」認證的產品，包含高露潔在內的世界三大品牌牙膏皆使用僑力的氟化鈉，全球市佔率高達9成以上。
在藥品級氟化鈉取得極大成功的僑力，並未止步於氟化鈉的生產與研發，隨著臺灣半導體產業的發跡，僑力毅然響應政府推展的「半導體與太陽能電池產業關鍵化學品國產化」計畫，自2003年開始，陸續投入5億資金研發電子級氫氟酸的生產技術，最終順利成為日本以外，全球唯一獨立擁有電子級氫氟酸生產能力的企業。
「僑力的董事長林文崇先生，在那個臺灣氟化物技術不被看好的年代，投入大量資金，以臺灣牛的精神一步一腳印的學習、研發，最後真的走出自主之路。這樣的精神也貫穿僑力的永續轉型，很多設備、技術、材料、研究，只要是對永續發展有幫助的，公司都很願意投入資金去引入。」僑力化工永續長暨執行副總蔡麗蕙說。
半導體產業的關鍵化學品：氫氟酸
氫氟酸在半導體產業的作用，主要在晶圓的「蝕刻」與「清洗」上。半導體產業製作晶圓時，可透過乾式蝕刻、濕式蝕刻兩種方式來移除晶圓表面的物料。其中濕式蝕刻因具有高選擇性、高蝕刻效率的特性，且設備成本較低，廣受半導體產業青睞。氫氟酸（HF）是濕式蝕刻最重要的化學品之一，它與晶圓（SiO2）產生反應後，會產生六氟矽酸（H2SiF6）與水（H2O），從而達到蝕刻晶圓的目的。另一方面，因為氫氟酸可有效清除晶圓表面附著的離子，許多晶圓清洗劑都需加入氫氟酸才能發揮預期功效。
但不是任何等級的氫氟酸，都可用於半導體製程，越是先進的製程，對氫氟酸純度的要求就越嚴苛。電子級氫氟酸目前分為EL、UP、UPS、UPSS、UPSSS五個等級。從工業級氫氟酸到最基礎的EL級氫氟酸，就需要將雜質含量減少十萬倍以上，極為挑戰製造商的設備與技術。
「我們常用『眼裡容不下一顆沙子』來形容人的嚴苛，但在電子級氫氟酸的世界裡，這標準是非常寬鬆的。過往的14、10奈米製程，晶圓廠是要在一粒沙子刻上臺灣地圖，後來的7、5、3奈米製程，已經像是在一粒沙子裡繪製整幅世界地圖。未來我們很快會迎接2奈米的到來，那時也許得把整個太陽系都容納進去。到這地步，對於氫氟酸純淨度的要求也會達到另一個高度。因而僑力不斷努力精進自己的設備、技術，希望能夠比目前的製程走的更前面，才能應對未來半導體產業的需求。」蔡麗蕙說。
電子級氫氟酸面對的永續挑戰
電子級氫氟酸的永續議題，事實上是半導體產業永續轉型的一環。臺灣作為半導體製造大國，2020年時半導體產業的產值已佔臺灣GDP的7.9％。隨著產值增長，廢棄物申報量也從2017年的60萬公噸，增長為2021年的94萬公噸。大量廢棄物中，絕大多數是來自液體化學品（佔製程使用物料的95％），包含硫酸、TMAH顯影劑、氨水、氫氟酸、光阻稀釋劑、異丙醇等。在清洗、蝕刻晶圓時會大量使用的氫氟酸，無疑是半導體廢棄物去化的重要指標之一。
在傳統製程中，要製造氫氟酸必須先開採螢石（氟化鈣, CaF2），將螢石與濃硫酸（H2SO2）進行反應後，可得到硫酸鈣（CaSO4）與工業級的無水氫氟酸（AHF）。此時的氫氟酸雜質較多，需經純化才能成為電子級氫氟酸。整個流程因涉及採礦、加工、提純，無論是對環境的破壞，還是造成的污染、能耗都相對劇烈。
臺灣本身缺乏螢石礦，本土廠商生產電子級氫氟酸時，需從國外進口工業級氫氟酸，再進行提純程序。近年來，約83％至92％的工業級氫氟酸是來自中國，呈現高度依賴單一產源的局面。而隨著半導體產業的製程越來越先進，化學品使用量也變得更為龐大。相較於早期28奈米製程，新世代的2奈米製程生產相同面積的晶圓片時，廢棄物產量足足增加了13倍。
無論是從國外進口原料，還是隨著先進製程的研發，半導體產業對於電子氫氟酸的純度要求、使用量不斷增高，都意味著不斷增加的能耗、污染，與廢棄物。如何降低電子級氫氟酸生產過程中的消耗，並拓展氫氟酸廢液的回收、再利用管道，對於半導體、氫氟酸產業都是相當重要的課題。
僑力的永續轉型
如果說對於氟化物的投入，是響應臺灣本土產業的發展需求。對於永續的經營，則是僑力意識到隨著企業的發展與壯大，自己對社會、環境、員工也有了更多的責任。僑力戮力多年，在循環經濟、淨零排放、綠色化學、永續職安衛……等面向皆多有建樹，更於2021年成立「ESG永續發展委員會」，下設永續辦公室及跨部門的永續小組，以專責的任務編制來整合、推動多項永續目標。
僑力推動的永續轉型，包含了以氫氟酸為核心的節能減碳、再利用計畫，從「研發綠色氫氟酸」、「回收廠內氫氟酸廢液」、「設置軟水系統」、「架構鍋爐熱水循環系統」、「建立尾氣酸氣回收系統」、「購置再生能源」、「汰換能源效率低落設備」……等數個面向著手，齊頭並進的多項計畫，降低了傳統氫氟酸製程造成的污染，也從原料端為半導體產業的永續發展奠定基礎。另一方面，為了杜絕職災發生，僑力也為被政府公告為「列管關注化學物質」的氫氟酸打造適切的化學品管制計畫。種種作為，使高碳排、高危險的化學物質，朝低碳排、低危害的方向演進。
降低氫氟酸製程的負面效益
「研發綠色氫氟酸」、「回收廠內氫氟酸廢液」兩個項目，是分別從「原料來源」、「產品去處」著手，減少氫氟酸製造、使用的過程中造成的污染。傳統氫氟酸是來自螢石開採，除了開採本身造成的環境問題，進口國外製造的工業級氫氟酸也會產生額外的碳排。
為了改善相關問題，僑力化工於2020年開始投入綠色氫氟酸的研究，以磷肥產製過程中衍生的廢料（氟矽酸）作為原料，加入硫酸進行化學反應，開發無需開採螢石就能生產的「綠色氫氟酸」。「綠色氫氟酸」在獲得台積電公司認證採用後，將可減少螢石用量、減碳317公噸，後續其所屬十二吋晶圓廠區預計全面導入，導入後1年可減碳逾2萬公噸。
氫氟酸回收再利用方面，過往半導體產業的氫氟酸廢液，會分高濃度、低濃度進行回收。高濃度氫氟酸廢液可直接加工使用，低濃度氫氟酸廢液則通常會加入鈣離子進行反應，使其成為氯化鈣污泥後再進行處理。兩者可產製的終端產品，分別為冶金級螢石、工業級氫氟酸、氟鹽、低強度混凝土與水泥，並提供給鋼鐵、玻璃、建築產業使用。
而在諸多去化管道中，僑力選擇的是「工業級氫氟酸」的路線，回收氫氟酸廢液後，僑力會與標準產線分開，於獨立產線將其製成再生工業級氫氟酸，供鋼鐵及玻璃相關產業作為清洗劑使用。
改善用水量、能耗與空污
無論是生產方式的革新，還是去化管道的改良與串聯，都需要更多時間嘗試才能得到成效。在新的成果成熟前，僑力亦在既定的生產模式內，透過多項策略，取得立即且穩定的節能成效。
對於水循環系統的設置，蔡麗蕙津津樂道。她表示，公司2021年進行評估，考慮要在進水端安裝軟水系統，把水中有硬度的離子抓下來，使後端的水更容易回到前端使用。後來發現單單考慮成本，設置軟水系統並不符合效益。但林文崇董事長考量到循環經濟的重要性，以及臺灣是個缺水國家，水資源的耗用能少則少，毅然投入資金安裝設備。及至2022年，軟水系統搭配其餘幾項水循環、回收計畫，僑力順利將用水量降低45.21％，年用水量減少130,816公噸。公司也順利於2021年取得SGS化工業／電子化學材料類別的第一張ISO 46001水資源效率管理系統證書。
為了降低能源的消耗，僑力亦於2021年引入ISO 50001能源管理系統，透過系統盤查找出改善能源效率的熱點。最終藉由汰換老舊冰機、架構鍋爐熱水循環系統……等措施，使單位產品的碳排量下降30.36％，年減碳約5,947公噸。諸多作為，減少氫氟酸環境衝擊的同時，也為未來綠色氫氟酸產業鏈的前景鋪路。
此外，僑力亦簽訂再生能源合約，購置100萬千瓦的太陽能、156萬立方米碳中和天然氣。光是這兩項綠能計畫，就可確保僑力再生能源佔比達到15％，完成永續發展委員會設定的2030年綠能目標，並持續往2050年淨零目標邁進。
在追溯僑力氫氟酸的碳足跡數據時，僑力化工高階主管數度親赴位於中國的上游原料廠，逐一核實溫排報告書，並透過成大SGS系統進行計算與驗證，最終算出的僑力氫氟酸碳排系數為0.97，比環境部公告的系數3.94低了4倍以上。這數據也於2023年11月正式通過審核，讓台積電都驚訝不已，也證實僑力這些年在淨零上的努力著有成效。
空污方面，僑力更建立了一套「尾氣酸氣回收系統」，該系統針對不同區域及濃度特性，架設能收集氫氟酸廢氣的獨立管路，並設置冷凝系統、吸收塔系統，將中高濃度的氫氟酸廢氣冷凝、回收後，作為工業級原料循環使用，避免空污的同時，也強化氫氟酸製程的循環性。
關注化學物質管理辦法
循環經濟是一種全面性的考量，除了關注物質的流通、再運用，也在意循環的過程裡，這些物質是否對自然、社會、人體造成傷害。憑藉多年的研究成果，僑力為氫氟酸的製作與供應，打造了一套能有效防止災害發生的管理系統。
為了防止毒性化學物質的不當使用造成危害，立法院於民國75年頒佈「毒性化學物質管理法」。該法歷經多次修訂，於民國108年更名為「毒性及關注化學物質管理法」，除了原本對第一類至第四類「毒性化學物質」的管理，更新增了「關注化學物質」的相關條文。
關注化學物質的影響雖不及毒性化學物質，但因其物質特性與運用方式容易造成重大傷害，仍須審慎管控。主管機關於民國109年後陸續公告了18項關注化學物質，氫氟酸即是前3項進入列管名單的化學品。
氫氟酸之所以被列管，是因為它具有極強的腐蝕性。氫氟酸接觸人體後，酸中的氟離子會穿透人體組織，與鈣結合，造成脫鈣並侵蝕肌肉與骨骼，在民間素有蝕骨水的別號。且人體接觸氫氟酸後，不會立即引發痛覺，難以在第一時間覺察、處置，等到疼痛顯現，氫氟酸就已滲入人體，造成深度損傷，難以救治。
化學物質被列入關注清單後，主管機關會依據該化學品的特性，公告「受管制的行為」、「管制濃度」、「分級運作量」、「容器及外包裝相關規定」……等規範。相關業者除了向主管機關申請核可外，過程中亦需依規定進行運送、存放、標示，並作紀錄與申報。
以氫氟酸為例，濃度超過0.1％的氫氟酸即需列入管制。管制方式又會因為氫氟酸濃度、處理量的不同，受到不同程度的管控。氫氟酸濃度超過0.1％、未達10％的產品，業者最主要的責任，是在容器上作清楚的資料標示。濃度超過10％時，業者就需針對製造、輸入、販賣、運送、使用、貯存等六項行為申請核可，並進行申報。分級處理量超過300公斤的事業單位，則需另外設置偵測、警報設備，安排專業技術人員，提交危害應變計畫……等。透過一層又一層的防護網，避免相關人員受到危害。
僑力的氫氟酸管理制度
長年研究氫氟酸的僑力化工，在相關管理制度上也別有心得。蔡麗蕙表示，僑力的氫氟酸管理主要是鎖定在「不漏點」上。從源頭設計開始，他們就阻絕氫氟酸接觸外界的各種可能性，以不腐蝕、不溶出、不滲透、不反應、不氧化，來要求所有容器與輸送裝置。這原則聽起來簡單，但必須先深入研究氫氟酸在不同濃度下的特性，以及這些特性需對應哪種容器材質，才有可能完成。僑力投入了漫長的時間去研究，才能精準的設計各種容器規格。
「我們董事長花費非常多的時間，去測試不同材料和氫氟酸的對應關係，前後花了幾十年。那種經驗與功夫是磨出來的，是日復一日的訪廠，在第一線不斷測試、觀察，才變得越來越精細。且研究出來的成果，董事長也不藏私，日本相關廠商邀我們老闆過去分享經驗，他也會直接和對方說該怎麼做。」蔡麗蕙說。
至於氫氟酸的危難應變，蔡麗蕙指出相關事故裡，最難的是第一時間察覺有人接觸到氫氟酸。氫氟酸的危害，主要來自「吸入」、「皮膚」、「黏膜」三個途徑。若不慎接觸到氫氟酸，得循「知搶沖抹送」五個步驟來處理，最重要的是「知」與「搶」。只要第一時間發現自己碰到氫氟酸，並大量沖水，沖20到30分鐘，後續基本上就不會有什麼問題。沖完水，若擔心有氫氟酸殘餘，可在皮膚上抹葡萄酸鈣軟膏，或者在黏膜（例如眼睛）上滴六氟靈，再送醫觀察，一般就不會有事。
為了讓員工能快速察覺、應對氫氟酸事故，僑力也針對不同層級的人員設計不同的教育訓練，確保所有人在自己的職務範圍內，都可快速辨識潛在的職安風險。同時，在氫氟酸製作、運輸過程中，只要是風險較高的環節，僑力都會安排一定職等以上的主管在場，確保事情依照職安規範進行。從流程與設備、容器的設計，到工作人員的職安訓練，僑力以多年經驗打造出一面涵蓋方方面面的安全網。
為氫氟酸打造更永續的未來
作為氟化物製造商，僑力對永續發展、循環經濟的積極投入，一方面來自企業理念，一方面也是時代需求與國際趨勢。僑力很清楚自己若不即早佈局，將永續精神、執行方法植入企業DNA中，僑力就會在惡性循環中被淘汰。對永續的投資，就是對未來的投資，無論是企業本身要存續，還是要維繫環境、生態，都需要在適當的時間點挹注充分資源，才有機會迎來蛻變。
僑力深知作為化學品的製造者，自己在永續轉型上勢必會遭遇各種困難與挑戰。對於螢石原料的依賴與開採是一項，製程中對特定能資源的耗用是一項，化學品的儲存、輸送、去化也是一項。諸多問題，受限於產業體質與成本考量，無法一步到位。但從1972年就以土法煉鋼的精神，一步步從氟化物經銷商，蛻變成電子級氫氟酸生產者的僑力，從未停下自己向前的腳步。臺灣牛仍是那頭臺灣牛，這次不僅走出本土的路，也將走出更永續的未來。