先進半導體銅互連技術發展與高純度廢銅循環回收之研究

晶片內部互連若延伸到廢銅回收（Copper Recycling），可以從半導體製造供應鏈的角度來看。由於先進製程大量使用高純度銅，製程中也會產生不少可回收的含銅廢料，因此回收已成為降低成本與提升永續性的重要議題。

半導體製程中廢銅的來源

晶片製造採用電鍍、化學機械研磨（CMP）與蝕刻等步驟，會產生多種含銅廢棄物，例如：

• CMP研磨污泥：含有銅、矽氧化物及研磨顆粒。
• 蝕刻廢液：含銅離子及化學藥劑。
• 電鍍廢液：銅濃度通常較高，是重要的回收來源。
• 設備清洗廢液：含有低濃度銅離子。
• 報廢晶圓與測試晶圓：仍含有高純度銅互連結構。
• 先進封裝製程廢料：例如重佈線層（RDL）與銅柱製程所產生的邊料與殘料。

由於半導體用銅純度通常要求達 99.999%（5N）以上，因此回收價值相對較高。

廢銅如何回收

依照廢料種類不同，常見技術包括：

1. 化學沉澱法
   
   • 將銅離子轉化為氫氧化銅或硫化銅，再進一步精煉。
   • 適合中低濃度廢液。
2. 電解回收（Electrowinning）
   
   • 直接將銅離子還原成金屬銅。
   • 可獲得純度較高的銅板，是半導體業常見方法。
3. 離子交換與吸附
   
   • 適用於低濃度含銅廢水。
   • 可搭配樹脂重複使用。
4. 溶劑萃取（SX）
   
   • 可將銅離子濃縮後，再進行電解製程。
   • 常用於大型回收系統。

為何半導體廢銅值得回收？

主要有三個原因：

• 經濟價值高：高純度銅價格高於一般工業廢銅，回收可降低原料成本。
• 降低供應風險：半導體產業對高純度銅需求持續增加，回收可減少對礦產供應的依賴。
• 符合永續目標：銅的回收能耗通常遠低於從礦石冶煉生產新銅，可減少能源消耗與碳排放。

與先進封裝的關聯

隨著先進封裝發展，尤其是高密度互連技術，銅的使用量持續增加，因此廢銅回收的重要性也同步提高。例如：

• 銅柱（Copper Pillar）製程增加電鍍銅使用量。
• TSV（穿矽通孔）需要大量銅填充。
• 混合鍵合（Cu-Cu Hybrid Bonding）提升高純度銅材料需求。
• 厚銅重佈線層（RDL）增加電鍍與蝕刻過程中的含銅廢液。

這些趨勢都意味著製程中的含銅廢料量增加，促使晶圓廠與封裝廠投資更高效率的回收系統。

未來發展方向

AI、高效能運算（HPC）與高頻寬記憶體（HBM）推動先進封裝快速成長，也使半導體產業更加重視「資源循環」。未來的趨勢不只是回收廢銅，而是建立封閉循環（Closed-loop Recycling），也就是將製程中回收的高純度銅經精煉後重新投入半導體製造，減少原生銅的使用，兼顧成本、供應鏈韌性與環境永續。