專利名稱：水中深次微米顆粒去除系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于去除水中深次微米顆粒的流程與裝置，尤其有關(guān)半導(dǎo)體制造及封裝制程中，化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical MechanicalPolishing)、晶圓表面研磨(Grinding)及切割(Dicing saw)等制程排放廢水中深次微米顆粒的去除。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體高度集積化及線寬減小的趨勢(shì)，超純水中金屬，微顆粒，有機(jī)物質(zhì)所造成的微污染對(duì)晶圓量產(chǎn)的影響也愈增加。因此，「如何去除微污染」會(huì)成為提升下一世代晶圓制造水準(zhǔn)的關(guān)鍵所在。在去除微顆粒方面，所關(guān)切的微顆粒大小由微米降至深次微米尺寸。因此，去除水中深次微米顆粒技術(shù)已成為制造下一世代高精密半導(dǎo)體的瓶頸技術(shù)之一。
此外就半導(dǎo)體廢水回收而言，去除水中所含深次微米顆粒的重要性亦逐漸明顯化。近幾年因晶圓大量生產(chǎn)，在進(jìn)行芯片封裝作業(yè)前的研磨及切割制程所造成的大量廢水，就含有高濃度難處理的深次微米顆粒；相同的情況發(fā)生在半導(dǎo)體制造業(yè)中，由于化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)制程的導(dǎo)入，也產(chǎn)生了大量的含深次微米顆粒廢水。經(jīng)統(tǒng)計(jì)在1998年，化學(xué)機(jī)械研磨制程制造了約2億2千5百萬(wàn)加侖含深次微米顆粒所污染的廢水，根據(jù)估計(jì)在公元2000年后化學(xué)機(jī)械研磨制程的耗水量將占整個(gè)半導(dǎo)體工業(yè)用水量的30％至40％，預(yù)期到2006年將會(huì)超過(guò)4億5千萬(wàn)加侖。
傳統(tǒng)式的水中微粒分離法，有利用化學(xué)機(jī)制的化學(xué)混凝及膠凝法和利用物理機(jī)制的蒸餾或薄膜過(guò)濾的方法。前者，應(yīng)用于深次微米顆粒的去除時(shí)，必需加入大量混凝劑及助凝劑，才能達(dá)成效果，并相對(duì)造成大量污泥，而回收水量亦只能達(dá)到60％左右。后者，通?？傻玫较喈?dāng)高的回收水量及良好的處理品質(zhì)，但蒸餾法的缺點(diǎn)是高耗能，無(wú)法為業(yè)界所接受；而薄膜過(guò)濾法在處理深次微米顆粒時(shí)，往往面臨薄膜阻塞及單位時(shí)間產(chǎn)水量過(guò)低的問(wèn)題。
本案創(chuàng)作人基于多年從事半導(dǎo)體超純水制造及制程廢水回收的經(jīng)驗(yàn)及對(duì)于化學(xué)機(jī)械研磨廢水性質(zhì)透澈了解，開(kāi)發(fā)出一套結(jié)合電混凝及電氧化機(jī)制的電混凝(Electrocoagulation)模塊，其可進(jìn)一步連結(jié)超過(guò)濾(Ultra-filtration)模塊，而可有效成功處理半導(dǎo)體制造及封裝制程所排放含大量深次微米顆粒廢水。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在提出一套結(jié)合電混凝及電氧化機(jī)制的水中深次微米顆粒去除流程與裝置，其可以應(yīng)用于半導(dǎo)體制造及封裝制程中所排放含有深次微米顆粒廢水的處理與回收。
依本發(fā)明內(nèi)容而完成的一種水中深次微米顆粒的去除模塊，包括一前調(diào)整槽，其用于廢水性質(zhì)的調(diào)整，該廢水性質(zhì)的調(diào)整為pH值調(diào)整、電解質(zhì)調(diào)整或氧化劑添加等作用；一電混凝反應(yīng)槽，其接收來(lái)自前調(diào)整槽的水，并于槽中進(jìn)行電混凝及電氧化反應(yīng)；一后調(diào)整槽，其用于調(diào)整該電混凝反應(yīng)槽的出流水的pH；及一沉淀池，其接收來(lái)自該后調(diào)整槽的pH值調(diào)整后含有沉降性膠羽的處理水，并提供該處理水足夠的停留時(shí)間，以利其中深次微米顆粒形成膠羽并沉降去除。
較佳的，本發(fā)明的模塊其進(jìn)一步包括一空氧吸入器，其用于將該前調(diào)整槽的出流水于進(jìn)入該電混凝反應(yīng)槽之前與空氣充分混合。
較佳的，本發(fā)明的模塊其進(jìn)一步包括一回流機(jī)構(gòu)，該回流機(jī)構(gòu)，包括用于將該電混凝反應(yīng)槽的出流水的一部份回流與將該前調(diào)整槽的出流水并流的回流管路，將該電混凝反應(yīng)槽的另一部份出流水出流至該后調(diào)整槽下的出流管路，及一個(gè)或多個(gè)閥用于控制回流水對(duì)至該后調(diào)整槽的出流水的流量比例。
較佳的，本發(fā)明模塊中的該回流機(jī)構(gòu)包括位于該出流管路上的一流量控制閥，及位于該回流管路上的另一流量控制閥及一逆止閥。
較佳的，本發(fā)明模塊其進(jìn)一步包括一用于在該前調(diào)整槽、于該電混凝反應(yīng)槽或該回流管路注入任一濃度的H2O2的加藥幫浦。
較佳的，本發(fā)明的模塊的該沉淀池具有一高度可升降的溢流堰，其用于調(diào)整水力停留時(shí)間。
較佳的，本發(fā)明模塊其進(jìn)一步包括一個(gè)或復(fù)數(shù)個(gè)附加的電混凝反應(yīng)槽，這些電混凝反應(yīng)槽呈串聯(lián)或并聯(lián)。
本發(fā)明亦揭示一種水中深次微米顆粒去除系統(tǒng)，包括一個(gè)前述本發(fā)明模塊及一個(gè)或多個(gè)串連的附加純化組件，該附加純化組件為薄膜處理組件、離子交換組件、活性碳吸附組件、脫氣組件、過(guò)濾組件或超微過(guò)濾薄膜組件，其用于將前一階段出流水進(jìn)一步純化。
本發(fā)明亦揭示一種水中深次微米顆粒去除系統(tǒng)，包括數(shù)個(gè)串聯(lián)的前述本發(fā)明模塊或進(jìn)一步包括介于其中兩相鄰模塊中的一個(gè)或多個(gè)串連的附加純化組件，該附加純化組件為薄膜處理組件、離子交換組件、活性碳吸附組件、脫氣組件、過(guò)濾組件或超微過(guò)濾薄膜組件，其用于將前一階段出流水進(jìn)一步純化。
本發(fā)明亦揭示一種水中深次微米顆粒去除方法，包括下列步驟將一欲被處理水的pH值及電導(dǎo)度值，分別調(diào)整為3～6及0.1～1ms/cm，并且以水∶H2O2水溶液＝1∶0.001～0.005的體積比例添加濃度為5-50％H2O2水溶液；使來(lái)自步驟a的水通過(guò)一電混凝反應(yīng)槽，操作電流范圍控制在1～10安培之間；將步驟b的出流水pH值調(diào)整至4～6.8；將經(jīng)過(guò)步驟c調(diào)整過(guò)后的水施予一沉降、離心及/或過(guò)濾處理，而去除水中的深次微米顆粒。
較佳的，本發(fā)明方法的步驟a的H2O2的濃度為35％，或其被以一等效的氧化劑取代。
較佳的，本發(fā)明方法的步驟d包括沉降、預(yù)過(guò)濾及超過(guò)濾薄膜過(guò)濾處理。
較佳的，本發(fā)明方法的步驟b進(jìn)一步包括將通過(guò)該電混凝反應(yīng)槽的處理水的一部份再回流通過(guò)該電混凝反應(yīng)槽。
較佳的，本發(fā)明方法的進(jìn)一步包括將步驟d的出流水的一部份回流作為步驟a的欲被處理水的一部份。
較佳的，本發(fā)明方法的其進(jìn)一步包括將來(lái)自步驟a的水與空氣混合形成氣液混合液再進(jìn)行步驟b。
較佳的，于本發(fā)明方法的步驟b中水在該電混凝反應(yīng)槽中的停留時(shí)間介于1～30分鐘。
以下表列出申請(qǐng)人調(diào)查到的相關(guān)前案與本案發(fā)明的功能、手段及效果差異



圖1為依本發(fā)明的一較佳具體實(shí)施例而完成的一種廢水中深次微米顆粒去除模塊的方塊示意。
附圖標(biāo)記1.前調(diào)整槽 2.酸堿加藥幫浦3.電解質(zhì)加藥幫浦4.過(guò)氧化氫加藥幫浦 5.攪拌器 7.空氧吸入器8.電混凝反應(yīng)槽 9.回流管路10.逆止閥11.后調(diào)整槽12.酸堿加藥泵 13.沉淀池14.前過(guò)濾器15，20.暫存槽 6，16，21.馬達(dá)17.超過(guò)濾薄膜膜管 18.控制閥 19.側(cè)流閥發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的水中深次微米顆粒去除的實(shí)現(xiàn)，是借助在電混凝反應(yīng)槽中添加氧化劑例如H2O2的新技術(shù)觀點(diǎn)，使電混凝反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行有機(jī)分散劑的氧化分解。半導(dǎo)體制造及封裝制程中的化學(xué)機(jī)械研磨(ChemicalMechanical Polishing)、晶圓表面研磨(Grinding)及切割(Dicing saw)等操作所使用的泥漿組成物常含此有機(jī)分散劑，而此有機(jī)分散劑是造成深次微米顆粒不易從制程廢水中去除的主要原因之一。本發(fā)明透過(guò)電混凝、電氧化結(jié)合的雙重機(jī)制，可使深次微米顆粒形成大顆粒膠羽繼之以重力沉降，并配合超過(guò)濾模塊等后段處理步驟，來(lái)完成水中深次微米顆粒去除。
含有深次微米顆粒廢水經(jīng)由上述處理步驟及程序，可再生純凈不含深次微米顆粒的水質(zhì)，借助本發(fā)明的去除水中深次微米顆粒的流程與裝置，許多工業(yè)制程所排放的深次微米顆粒廢水，都將可再被回收使用。
依本發(fā)明的一較佳具體實(shí)施例而完成的一種廢水中深次微米顆粒去除模塊被示于圖1，其中前調(diào)整槽1，包括槽體、pH計(jì)、電導(dǎo)量測(cè)計(jì)(conductivity meter)、酸堿加藥幫浦2、電解質(zhì)加藥幫浦3、過(guò)氧化氫(H2O2)加藥幫浦4及攪拌器5所構(gòu)成，廢水進(jìn)入該槽體后，水質(zhì)狀況會(huì)被自動(dòng)監(jiān)測(cè)并被調(diào)整為pH3～6及電導(dǎo)度0.1～1ms/cm，而濃度為35％的H2O2水溶液以1∶0.001～0.005(水∶H2O2水溶液)的體積比例混入水體中。水體經(jīng)由馬達(dá)6，將預(yù)被處理水加壓輸送至空氧吸入器7，空氣吸入器可將空氣吸入并與水流均勻混合，以助于電混凝過(guò)程中保持電極表面的潔凈并使釋出鐵離子維持正確的形態(tài)。經(jīng)空氧吸入器混合后的水流，進(jìn)入一電混凝反應(yīng)槽8，其內(nèi)部由多對(duì)陰陽(yáng)電極所組成，其材質(zhì)可為不銹鋼及鐵。當(dāng)電混凝反應(yīng)槽電源開(kāi)啟后，鐵電極表面釋出亞鐵離子并與前調(diào)整槽加入的H2O2產(chǎn)生電氧化反應(yīng)同時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)闅溲趸F膠羽捕抓水中深次微米顆粒。一回流管路9被設(shè)置于電混凝反應(yīng)槽后段出流水管線上，以將電混凝程序處理完后的水體一部分再送回到馬達(dá)6前端與未處理的廢水混合，由此增加水中有機(jī)分散劑氧化所需時(shí)間并達(dá)到足夠的鐵離子濃度。一逆止閥10裝置于回流管路9上，以防止廢水不當(dāng)進(jìn)入回流管路中。大部分電混凝處理后的出流水進(jìn)入后調(diào)整槽11，以酸堿加藥泵12再度將經(jīng)電混凝反應(yīng)后的處理水調(diào)降為4～6.8，以利膠羽的形成，使其在進(jìn)入沉淀池13后能維持良好的沉降性，沉淀池被設(shè)計(jì)具有1～3小時(shí)的停留時(shí)間，以提供深次微米顆粒形成的膠羽有足夠的時(shí)間沉降。少部分膠羽經(jīng)由溢流口進(jìn)入150μm前過(guò)濾器14再進(jìn)入超過(guò)濾模塊進(jìn)流水的暫存槽15中，以避免超過(guò)濾薄膜的阻塞。一馬達(dá)16將暫存槽中的水體加壓輸送至超過(guò)濾薄膜膜管17，透過(guò)馬達(dá)16及壓力控制閥18及側(cè)流閥19的調(diào)節(jié)，控制過(guò)濾流速及壓力在適當(dāng)操作范圍，以避免膜管阻塞并維持適當(dāng)?shù)臑V出水量。濾出水的部分被儲(chǔ)存于一暫存槽20，一馬達(dá)21與之接續(xù)，以適時(shí)提供薄膜進(jìn)行反清洗程序使用，其余出流水可被回收至制程再使用。而被膜管截留的濃縮液則經(jīng)由一管線22導(dǎo)回前調(diào)整槽1中，再進(jìn)行相同序列的處理程序。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1使用如圖1所示模塊對(duì)一含有深次微米顆粒濃度約0.2％的化學(xué)機(jī)械研磨廢水進(jìn)行水中深次微米顆粒去除實(shí)驗(yàn)。
前調(diào)整池將廢水的pH值調(diào)整為4、電導(dǎo)度值調(diào)整為0.5ms/cm，并以1∶0.005的比例加入H2O2于廢水中。電混凝反應(yīng)槽中電流控制在1安培?；亓魉c出流水被控制，以維持廢水在電混凝反應(yīng)槽中停留時(shí)間為15分鐘。后調(diào)整槽將電混凝后的出流水pH值從8.8調(diào)降至4.5。沉淀池的停留時(shí)間設(shè)定為3小時(shí)。經(jīng)由上述步驟后，其溢流水經(jīng)量測(cè)水中深次微米顆粒濃度降至0.003％，去除率為98.5％。再將溢流水經(jīng)超過(guò)濾模塊處理，其操作過(guò)濾速度為2m/sec、壓力差為25psi，所得濾出水流量為18.7公升/每分鐘，濾出液中深次微米顆粒濃度經(jīng)量測(cè)為0，去除率可達(dá)100％。
權(quán)利要求
1.一種水中深次微米顆粒的去除模塊，包括一前調(diào)整槽，其用于廢水性質(zhì)的調(diào)整，該廢水性質(zhì)的調(diào)整為pH值調(diào)整、電解質(zhì)調(diào)整或氧化劑添加等作用；一電混凝反應(yīng)槽，其接收來(lái)自前調(diào)整槽的水，并于槽中進(jìn)行電混凝及電氧化反應(yīng)；一后調(diào)整槽，其用于調(diào)整該電混凝反應(yīng)槽的出流水的pH；及一沉淀池，其接收來(lái)自該后調(diào)整槽的pH值調(diào)整后含有沉降性膠羽的處理水，并提供該處理水足夠的停留時(shí)間，以利其中深次微米顆粒形成膠羽并沉降去除。
2.如權(quán)利要求1所述的模塊，其進(jìn)一步包括一空氧吸入器，其用于將該前調(diào)整槽的出流水于進(jìn)入該電混凝反應(yīng)槽之前與空氣充分混合。
3.如權(quán)利要求1所述的模塊，其進(jìn)一步包括一回流機(jī)構(gòu)，該回流機(jī)構(gòu)，包括用于將該電混凝反應(yīng)槽的出流水的一部份回流與將該前調(diào)整槽的出流水并流的回流管路，將該電混凝反應(yīng)槽的另一部份出流水出流至該后調(diào)整槽下的出流管路，及一個(gè)或多個(gè)閥用于控制回流水對(duì)至該后調(diào)整槽的出流水的流量比例。
4.如權(quán)利要求3所述的模塊，其中該回流機(jī)構(gòu)包括位于該出流管路上的一流量控制閥，及位于該回流管路上的另一流量控制閥及一逆止閥。
5.如權(quán)利要求3所述的模塊，其進(jìn)一步包括一用于在該前調(diào)整槽、于該電混凝反應(yīng)槽或該回流管路注入任一濃度之H2O2的加藥幫浦。
6.如權(quán)利要求1所述的模塊，其中該沉淀池具有一高度可升降的溢流堰，其用于調(diào)整水力停留時(shí)間。
7.如權(quán)利要求1所述的模塊，其進(jìn)一步包括一個(gè)或復(fù)數(shù)個(gè)附加的電混凝反應(yīng)槽，這些電混凝反應(yīng)槽呈串聯(lián)或并聯(lián)。
8.一種水中深次微米顆粒去除系統(tǒng)，包括一個(gè)如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的模塊及一個(gè)或多個(gè)串連的附加純化組件，該附加純化組件為薄膜處理組件、離子交換組件、活性碳吸附組件、脫氣組件、過(guò)濾組件或超微過(guò)濾薄膜組件，其用于將前一階段出流水進(jìn)一步純化。
9.一種水中深次微米顆粒去除系統(tǒng)，包括數(shù)個(gè)串聯(lián)的如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的模塊或進(jìn)一步包括介于其中兩相鄰模塊中的一個(gè)或多個(gè)串連的附加純化組件，該附加純化組件為薄膜處理組件、離子交換組件、活性碳吸附組件、脫氣組件、過(guò)濾組件或超微過(guò)濾薄膜組件，其用于將前一階段出流水進(jìn)一步純化。
10.一種水中深次微米顆粒去除方法，包括下列步驟a.將一欲被處理水的pH值及電導(dǎo)度值，分別調(diào)整為3～6及0.1～1ms/cm，并且以水∶H2O2水溶液＝1∶0.001～0.005的體積比例添加濃度為5-50％H2O2水溶液；b.使來(lái)自步驟a的水通過(guò)一電混凝反應(yīng)槽，操作電流范圍控制在1～10安培之間；c.將步驟b的出流水pH值調(diào)整至4～6.8；d.將經(jīng)過(guò)步驟c調(diào)整過(guò)后的水施予一沉降、離心及/或過(guò)濾處理，而去除水中的深次微米顆粒。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中步驟a的H2O2的濃度為35％，或被以一等效的氧化劑取代。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中步驟d包括沉降、預(yù)過(guò)濾及超過(guò)濾薄膜過(guò)濾處理。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中步驟b進(jìn)一步包括將通過(guò)該電混凝反應(yīng)槽的處理水的一部份再回流通過(guò)該電混凝反應(yīng)槽。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其進(jìn)一步包括將步驟d的出流水的一部份回流作為步驟a的欲被處理水的一部份。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其進(jìn)一步包括將來(lái)自步驟a的水與空氣混合形成氣液混合液再進(jìn)行步驟b。
16.如權(quán)利要求10或14所述的方法，其中于步驟b中水在該電混凝反應(yīng)槽中的停留時(shí)間介于1～30分鐘。
全文摘要
本發(fā)明揭示去除水中深次微米顆粒的流程與裝置。本發(fā)明流程包括pH值調(diào)整、電導(dǎo)度調(diào)整、添加氧化劑、電混凝反應(yīng)/電氧化反應(yīng)、及膠羽沉降等步驟。本發(fā)明的裝置包括一前調(diào)整槽，其用于廢水性質(zhì)的調(diào)整，該廢水性質(zhì)的調(diào)整為pH值調(diào)整、電解質(zhì)調(diào)整或氧化劑添加等作用；一電混凝反應(yīng)槽，其接收來(lái)自前調(diào)整槽的水，該電混凝反應(yīng)槽具有一對(duì)間隔開(kāi)的電極，該對(duì)電極中的一個(gè)電極為鐵；一后調(diào)整槽，其用于調(diào)整該電混凝反應(yīng)槽的出流水的pH；及一沉淀池，其接收來(lái)自該后調(diào)整槽的pH值調(diào)整后含有沉降性膠羽的處理水，并提供該處理水足夠的停留時(shí)間，以利其中深次微米顆粒形成膠羽并沉降去除。
文檔編號(hào)C02F9/02GK1485286SQ0214309
公開(kāi)日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2002年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月28日
發(fā)明者金光祖, 湯鴻祥 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院