智慧局發表《半導體製程設備廢水處理及再生技術之專利趨勢研究》
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李淑蓮╱北美智權報 編輯部
高科技產業用水的供水策略與水處理技術日益受到重視，經濟部智慧財產局 (智慧局) 鑑於國內半導體產業爲落實水資源管理，致力研發廢水回收及水資源再生相關技術，於7月25日發佈《半導體制程設備廢水處理及再生技術之專利趨勢研究》專案報告 (下稱《報告》)。《報告》探討了半導體廢水處理領域的關鍵技術和專利趨勢，爲業界推動綠色轉型、循環經濟、ESG發展及2050淨零排放提供了重要的參考依據。
智慧局表示，透過廢水回收和水資源再生技術，全球半導體產業在水資源永續發展方面取得顯著進展。臺灣作爲全球半導體零組件主要生產國家，擁有完善的產業鏈及技術基礎，相關研發成果不遜於美國、日本及歐洲等先進國家。包括臺灣學術研究機構（如工研院）及半導體相關企業（如臺積電、兆聯實業等）積極投入廢水回收與水資源再生技術的研發，不僅減少對原生水資源的依賴，還創造了經濟效益，進一步推動循環經濟的發展。
全球前十大申請國家／地區統計
《報告》顯示，5大專利局（美USPTO、日JPO、歐EPO、中國大陸CNIPA及韓國KIPO）與中華民國TIPO，其有關 「廢水處理及水資源再生」技術之專利申請量包辦全球排名的前五，佔比約爲91.6%（圖1）。就區域分佈來看，以亞洲區域之國家爲多數，中國大陸、日本、中華民國，以及韓國之專利申請量合計共約85.3%；這應該與近年來基礎工業、半導體制造等產業於亞洲國家高度發展有關。至於歐、美及其他國家之申請量相對較少，僅佔約14.7%的專利申請量。
圖1. 全球主要專利局有關「廢水處理及水資源再生」之專利申請量比例；資料來源：《半導體制程設備廢水處理及再生技術之專利趨勢研究》，經濟部智慧財產局，2024年7月29日
全球申請呈上升趨勢
《報告》指出，全球近60年來，半導體產業「廢水回收及水資源再生」技術之專利申請量呈顯著上升後穩定發展之趨勢(圖2)，大致上可分爲5個階段，分別爲萌芽期階段（1970~1997年）、發展期階段（1997~2011年）、發展趨緩、略爲衰退階段（2012~2014年）、復甦、再發展階段（2015~2018年）及飽和、穩定發展階段（2019~2023年）。
圖2. 全球「廢水回收及水資源再生」技術歷年專利申請趨勢；資料來源：《半導體制程設備廢水處理及再生技術之專利趨勢研究》，經濟部智慧財產局，2024年7月29日
就產業面而言，各國產業型態各有不同，歐美、日本等先進國家擁有歷史悠久的大型電器、淨水設備或相關材料製造之企業，研發量能投入較早（約於1970 年），學研機構或規模較小的公司則較爲少見，以全球前20大申請人來說 (圖 5)，日本籍申請人佔60%，皆爲知名的大型跨國企業，至今專利申請量仍屬亮眼；中國大陸雖起步較晚（約於1997 年），然在其國家政策的鼓勵或補助下，小型或新創公司於2005 年後如雨後春筍般冒出，相關技術之專利申請量呈現後來居上之姿。
圖3. 全球前十大申請國家/地區專利申請趨勢；資料來源：《半導體制程設備廢水處理及再生技術之專利趨勢研究》，經濟部智慧財產局，2024年7月29日
智慧局指出，我國爲半導體制造生產大國，具有完善的產業鏈及優良的企業文化，且近年來對於ESG、永續發展與循環經濟等議題相當重視，國內半導體大廠皆致力廢棄物之回收及再生或再利用的執行或爲其技術之研發，廢水回收及水資源再生相關技術爲其中重要的項目之一，故我國發展的模式主要由半導體大廠所主導；並與國內相關企業或學研機構共同合作研發相關技術，亦有不錯成績(圖3) 。
專利申請人類別分析
圖4爲全球前20大申請人1970~2023年專利申請趨勢圖。《報告》將前20大申請人區分成三個羣組，分別爲「美、日、歐籍」、「中國大陸籍」及「中華民國籍」，分析歸納結果如下。
(1) 美、日、歐申請人：此羣組以日本籍企業佔多數（日本：12間、美國及法國：各1間），其中，大致上可分爲水資源處理、半導體及電機（工業、家用電子）相關企業。就水資源處理相關企業而言，自1970年代起，就開始有在發展「廢水處理及水資源再生」相關之技術；於1997年京都議定書通過後，專利申請量明顯增加，至今仍持續研發技術及申請專利；半導體相關企業亦然。電機（工業、家用電子）相關企業主要發展區間爲1997年~2015年間，可能原因之一爲半導體產業所需之資源（水、能源或氣體等）最多，在巴黎協定下帶動全球永續環境與循環經濟的發展下，因而取代電機（工業、家用電子），成爲首要發展之對象。
(2) 中華民國申請人：我國申請人有3家企業入榜（工業技術研究院、兆聯實業及力積電）。以工研院爲例，其發展與半導體相關之廢水處理及水資源再生技術，主要落在1997年京都議定書通過前後，其後與國內半導體大廠合作開發製程用水全回收技術，達到廢水零排放的水準，並進行技術移轉，也在海外市場積極推廣廢水處理技術，至今表現仍相當亮眼。
(3) 中國大陸申請人：中國大陸之廢水處理及水資源再生相關技術之發展及專利申請起步較晚，1997年前幾乎沒有相關的專利申請。甚至，1997年京都議定書通過後，至2005年京都議定書強制生效之期間，仍僅有零星的專利申請，其原因應與中國大陸在該期間所採取的態度有關。然而，2005年後，中國大陸也開始漸漸對環保議題有所重視，在其國家政策、法律及相關補助帶動下，除了國營事業（中國石油化工）的投入，亦帶動民間產業的發展，此由中國大陸籍申請人多爲規模較小的廢水處理及水資源再生相關公司可得知。
圖4. 全球前二十大申請人專利申請趨勢；資料來源：《半導體制程設備廢水處理及再生技術之專利趨勢研究》，經濟部智慧財產局，2024年7月29日
圖5爲全球前20大申請人，若以申請人國籍而論，日本籍申請人佔60%（12/20），皆爲知名的大型跨國企業；中華民國申請人佔15%（3/20），爲我國重要的技術研發機構或大型企業；中國大陸申請人佔15%（3/20），屬國營企業或規模較小的公司；美國籍申請人佔5%（1/20），爲大型、多元化經營的跨國企業；法國籍申請人佔5%（1/20），爲水資源處理相關的跨國企業。
圖5. 全球前二十大申請人及其案件量；資料來源：《半導體制程設備廢水處理及再生技術之專利趨勢研究》，經濟部智慧財產局，2024年7月29日
專利技術分析
《報告》將半導體「廢水處理及水資源再生」相關技術之專利案以IPC分類號、技術分類或處理態樣之觀點進一步分析。IPC分類號主要包含：C02F（水、廢水、污水或污泥之處理）、B01D（分離）、H01L（半導體裝置）、B08B（清潔）、B01J（化學或物理方法）、C01B（非金屬元素；其化合物）、B24B（磨削；拋光）、F24F（空氣調節；空氣增溼；通風等）、G03F （圖紋面之照相製版工藝，如半導體裝置之加工工藝等）或G01N（藉助於測定材料之化學或物理性質用以測試或分析材料）等。技術分類主要包括：物理處理、化學處理、生物處理及其他技術。處理態樣主要包括：一般工業廢水、半導體廢液、水淨化、製造去離子水或超純水、污水處理廠、海水淡化技術及其他（圖6) 。
圖6. 廢水處理及水資源再生技術分析之三大觀點；資料來源：《半導體制程設備廢水處理及再生技術之專利趨勢研究》，經濟部智慧財產局，2024年7月29日
《報告》將檢索結果（3,860案）統計整理IPC分類號之分佈， 發現主要之IPC分類號爲C02F（佔比約40.9%），其次依序爲B01D（佔比約17.8%）、H01L（佔比約3.9%）與其他類別；其中有關「廢水處理及水資源再生」之專利案的IPC分類號集中在C02F（水、廢水、污水或污泥之處理），且前3大三階 (C02F、B01D、H01L) IPC約佔6成左右的比例（圖7)。
圖7. 廢水處理及水資源再生專利案之三階IPC分佈；資料來源：《半導體制程設備廢水處理及再生技術之專利趨勢研究》，經濟部智慧財產局，2024年7月29日
《報告》顯示全球前20大申請人有關「廢水處理及水資源再生」技術之專利案共665案，結果如圖8及圖9所示。主要之三階IPC分類號爲C02F（水、廢水、污水或污泥之處理；約佔50.6%），其次依序爲 B01D（分離；約佔19.6%）、 H01L（半導體裝置；約佔 10.0%）及其他類位。前3大三階IPC約佔8成以上的比例。
圖8. 全球前20大申請人申請案之主要三、四階IPC統計；資料來源：《半導體制程設備廢水處理及再生技術之專利趨勢研究》，經濟部智慧財產局，2024年7月29日
圖9. 全球前20大申請人申請案之主要四階IPC分佈；資料來源：《半導體制程設備廢水處理及再生技術之專利趨勢研究》，經濟部智慧財產局，2024年7月29日
結論及建議
《報告》最後分析半導體處理廢水關鍵技術，指出相關技術通常非僅使用單一技術，而系利用技術之組合而完成廢水處理及水資源再生之功效，相關技術依反應形態大致分爲物理處理、化學處理及生物處理等，其中以物理或化學處理之相關技術發展較早，投入機構或專利申請量都相對來得多，技術發展相對成熟，目前主流技術以逆滲透法、微/超/奈濾法及高級氧化法、混凝沉澱法或離子交換法爲主。在生物處理部分，主要系利用微生物的特性將廢水中的污染物降解並轉化成無害的物質，其具有可大規模且低成本處理廢水的特性，因此極具經濟價值，爲全球各大相關產業研發的重點項目之一，以活性污泥法或薄膜生物反應器爲主。在控制、監控或偵測處理系統之建置方面，未來人工智慧（AI）技術及其應用成熟後，更可增添其重要性，預期專利申請量增加，後續發展值得持續關注。
隨着國際市場對半導體產品需求不斷增加，企業在實現永續發展的同時，應透過綠色技術的創新，增強競爭力，實現2050淨零轉型目標。
參考資料：
半導體科技雜誌(SST-Taiwan)總編輯
CompuTrade International總編輯
日本電波新聞 (Dempa Shinbun) 駐海外記者
日經亞洲電子雜誌 (臺灣版) 編輯
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