CN102040296A

CN102040296A - 废水处理装置及方法

Info

Publication number: CN102040296A
Application number: CN2009101976301A
Authority: CN
Inventors: 杨龙
Original assignee: CSMC Technologies Corp; Wuxi CSMC Semiconductor Co Ltd
Current assignee: CSMC Technologies Corp
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2011-05-04

Abstract

本发明提供了一种废水处理装置及方法，该装置包含：一第一废水处理系统，包含一第一收集池和一第一pH调节池；以及一第二废水处理系统，包含一第二收集池、一第二pH调节池和一第二混凝池；其中，所述第一废水处理系统与第二废水处理系统之间设有一连通管路，该连通管路的第一端设置于所述第一收集池与第一pH调节池之间、第二端设置于所述第二收集池与第二pH调节池之间，所述连通管路上还设置有一控制阀门，该控制阀门受控于一测控单元，所述测控单元根据检测所述第二混凝池中的一离子的浓度值高低来控制所述控制阀门的闭合与开启。本发明降低了废水处理的成本，有效提高了处理效率。

Description

废水处理装置及方法

【技术领域】

本发明涉及工业废水处理技术领域，特别是涉及一种处理半导体制造过程中产生的化学机械研磨废水的装置及方法。

【背景技术】

如今，化学机械研磨(CMP)已广泛应用于半导体业的晶圆制造程序中，用以对晶圆的表面进行全面而有效的平坦化。虽然CMP制程是现代化半导体业晶圆制造的重要技术，但是由于过程中需要使用研磨液(Slurry)，因而CMP一直以来都是一个高污染的制程。一般而言，研磨液中主要包含有5～10％的30～100纳米的微细研磨粉以及其他化学物质，这些化学物质包含：(1)PH缓冲剂(例如：KOH、NH₄OH、HNO₃或有机酸等)；(2)氧化剂(例如：双氧水、硝酸铁、碘酸钾等)；(3)界面活性剂。界面活性剂的使用可以提高粉体在水溶液中的悬浮稳定性，抑制其凝胶或者结块，使晶圆表面的刮伤降至最低，并且使CMP后续的洗净能力提高。

因此，CMP废水包含来自于研磨液、晶圆本身以及CMP后续清洗程序所产生的各种无机以及有机污染物质，大部分的无机物质以氧化物的形式存在，主要的非溶解性无机物来自研磨液的研磨粉，包含SiO₂、Al₂O₃及CeO₂，还有一些研磨时从晶圆本身掉下来的无机物质(例如：金属、金属氧化物及低介电材料等)。溶解性的无机物质包含溶解性硅酸盐与氧化剂。CMP废水中的有机物包含界面活性剂、金属错合剂以及其他物质。这些废水为高污染废水，必须妥善加以处理。

然而，在目前常用的CMP废水处理工艺流程中，由于废水的水质波动比较大而且水量较小，因此在废水处理过程中化学品加药很难控制，而且，为了保证出水水质达标，就必须过量加药，这会造成企业运转成本的提高。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种处理半导体制造过程中产生的化学机械研磨废水的装置，其可以同时处理化学机械研磨废水和其它废水，从而提高废水处理的效率并降低企业在处理废水方面的成本。

本发明的另一目的在于提供一种改进的废水处理方法，以适当处理半导体制造过程中产生的化学机械研磨废水及其它废水。

本发明提供了一种废水处理装置，包含：

一第一废水处理系统，用于收集和处理一第一废水，该第一废水处理系统包含一第一收集池和一第一PH调节池；以及

一第二废水处理系统，用于收集和处理一第二废水，该第二废水处理系统包含一第二收集池、一第二PH调节池和一第二混凝池；

其中，所述第一废水处理系统与所述第二废水处理系统之间设有一连通管路，该连通管路的第一端设置于所述第一收集池与第一PH调节池之间、第二端设置于所述第二收集池与第二PH调节池之间，所述连通管路上还设置有一控制阀门，该控制阀门受控于一测控单元，所述测控单元根据检测所述第二混凝池中的一离子的浓度值高低来控制所述控制阀门的闭合与开启。

所述第一废水为化学机械研磨废水，第二废水为氢氟酸废水。

所述控制阀门为单向阀门，其根据检测所述第二混凝池中的一离子的浓度值来判断控制阀门是否开启，当所述控制阀门开启时，所述第一废水通过连通管路自第一收集池进入第二废水处理系统。

所述离子为氟离子。判断控制阀门是否开启的标准为，当检测到第二混凝池中氟离子浓度低于20mg/L时，所述控制阀门开启，否则控制阀门关闭。

本发明更包括一种废水处理方法，包含如下步骤：

提供一第一废水处理路径以及一第二废水处理路径；

分别收集一第一废水以及一第二废水；

检测所述第二废水处理路径中一特定位置的一离子浓度；以及

将检测到的所述离子的浓度与一预设值进行比较，若该离子浓度低于所述预设值，则将所述第一废水与所述第二废水混合后由所述第二废水处理路径进行处理，若该离子浓度不低于所述预设值，则所述第一废水由第一废水处理路径进行处理、所述第二废水由第二废水处理路径进行处理。

其中，所述第一废水为化学机械研磨废水，所述第二废水为氢氟酸废水。

所述离子为氟离子，预设值为20mg/L。

所述第一废水处理路径和所述第二废水处理路径均包含PH调节池、混凝池、絮凝池以及沉淀池。

所述特定位置为第二废水处理路径中的混凝池。

本发明的有益效果在于，改变了现有技术当中化学机械研磨废水都是利用单独一套处理系统进行废水处理的现状，降低了化学机械研磨废水处理系统的运行成本，包括化学品成本以及用电成本等，本装置可以充分利用其它废水处理系统的混凝池中过量的混凝剂以及絮凝池中过量的絮凝剂，减少化学品的使用成本，同时，化学机械研磨废水混入后，其生成的絮状悬浮物可以和其它废水处理系统如含氟废水处理系统中生成的悬浮的氟化钙沉淀结合在一起，形成更大的絮状沉淀物，更有利于氟离子的去除，比现有技术中经过废水处理工艺后水中的氟离子浓度降低1～4mg/L。

【附图说明】

图1为本发明废水处理装置的一个具体实施方式的示意图；

图2为本发明废水处理方法的工艺流程图。

【具体实施方式】

为了让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。

本发明公开了一种废水处理装置，用于处理半导体工业中化学机械研磨(CMP)制程所产生的CMP废水，然而，本发明虽然以CMP废水为例，但并不限于CMP废水的处理，本发明亦可广泛应用于不同工业领域所产生的混合废水处理。

如图1所示为本发明一个具体实施方式的示意图，在本具体实施方式中，废水处理装置包含：CMP废水处理系统100，用于收集和处理CMP废水，该CMP废水处理系统100依次包含用于存储最初收集的CMP废水的第一收集池10、第一PH调节池11、第一混凝池12、第一絮凝池13、第一沉淀池14和第一监控槽15；氢氟酸废水处理系统(HFD)200，用于收集和处理氢氟酸废水，该氢氟酸废水处理系统依次包含用于存储最初收集的含氟废水的第二收集池20、第二PH调节池21、第二混凝池22、第二絮凝池23、第二沉淀池24和第二监控槽25；

其中，CMP废水处理系统100与氢氟酸废水处理系统200之间设有连通管路30，该连通管路30的第一端设置于第一收集池10与第一PH调节池11之间、连通管路30的第二端设置于第二收集池20与第二PH调节池21之间，连通管路30上还设置有控制阀门31。控制阀门31受控于一测控单元32，测控单元32能够根据检测第二混凝池22中的氟离子的浓度值高低来控制控制阀门31的闭合与开启。

若干化学品投放管路设置于CMP废水处理系统100和氢氟酸废水处理系统200中，分别向PH调节池、混凝池、絮凝池中投放废水处理过程中所需的化学品，这些化学品投放管路包括：H₂SO₄投放管路1、NaOH投放管路2、CaCl₂投放管路3、PAC投放管路4以及聚合物(Polymer)投放管路5。

在本具体实施方式中，控制阀门31为单向阀门，其受控于测控单元32，该测控单元32通过检测第二混凝池22中的氟离子的浓度高低来确定控制阀门31是否开启，当控制阀门31开启时，第一废水通过连通管路30自第一收集池10进入第二废水处理系统200。也就是说，当检测到第二混凝池22中的氟离子浓度未到达预设标准时，单向的控制阀门31开启，第一收集池10中的CMP废水通过连通管路30自第一收集池10进入氢氟酸废水处理系统200中；当检测到第二混凝池22中的氟离子浓度到达该预设标准时，单向的控制阀门31不开启，第一收集池10中的CMP废水由CMP废水处理系统100单独进行处理。

在工业处理废水的流程当中，通常而言，处理氢氟酸废水的流程与处理化学机械研磨废水的流程大致是相似的，都需要经过PH调节、混凝、絮凝以及沉淀的步骤，同时，在氢氟酸废水处理过程中，需加入过量的混凝剂和絮凝剂，以此处理CMP废水中的悬浮物，能够起到节约化学药品的效果。因此，当第二混凝池22中氟离子含量较低时，证明氢氟酸废水处理系统200的运行状况较好，处理能力有余，故将CMP废水与氢氟酸废水混合处理，可以达到事半功倍的效果。在具体实践当中，由于水质波动比较大，故第二混凝池22中的氟离子含量需要经常检测才能确定。

参见图1并结合图2所示，于步骤S10中，提供第一废水处理路径以及第二废水处理路径，在本具体实施方式中为第一废水处理系统100的路径和第二废水处理系统200的路径。于步骤S20中，分别收集第一废水以及第二废水，此时，一批CMP废水被收集于第一收集池10中，一批氢氟酸废水被收集于第二收集池20中。于步骤S30中，控制阀门31通过测控单元32检测第二混凝池22中氟离子的浓度是否低于预设标准，在本具体实施方式中，预设标准为20mg/L。于步骤S40中，将检测到的氟离子的浓度与预设标准值20mg/L进行比较后确定废水处理路径。若氟离子浓度未达到该预设标准，证明此时氢氟酸废水处理系统的处理能力较佳，控制阀门31开启，第一收集池10中的CMP废水通过连通管路30从第一收集池10流入到氢氟酸废水处理系统200中，与氢氟酸废水混合并统一进行处理。CMP废水与氢氟酸废水形成的混合废水首先进入第二PH调节池21中，第二PH调节池21将该混合废水调节至后续沉淀所需的最佳PH值，最佳PH值在6～8左右。

经过PH调节的混合废水随后进入第二混凝池22中，第二混凝池中添加有过量的混凝剂聚氯化铝(PAC)，聚氯化铝是一种无机高分子混凝剂，对水中胶体和颗粒物具有高度电中和及桥联作用，并可强力去除微有毒物及重金属离子。PAC在水中与胶体颗粒所带的负电荷瞬间中和，使胶体脱稳，胶体颗粒迅速混凝，并进一步架桥生成絮团而快速沉淀。

此后，混合废水进入第二絮凝池23中，第二絮凝池中添加有过量的絮凝剂聚丙烯酰胺(PAM)。对于悬浮颗粒，较粗、浓度高、粒子带阳电荷，水PH值为中性或碱性的污水，由于聚丙烯酰胺分子链中含有一定量极性基能吸附水中悬浮的固体粒子，使粒子间架桥形成大的絮凝物，因此PAM能够加速悬浮液中的粒子的沉降，有非常明显的加快溶液的澄清，促进过滤等效果。

此外，化学机械研磨废水混入后，其生成的絮状悬浮物可以和氢氟酸废水中生成的悬浮的CaF₂沉淀结合在一起，形成更大的絮状沉淀物，十分有利于氟离子的去除。

经过第二混凝池22和第二絮凝池23的混合废水随后进入第二沉淀池24进行沉淀，使净化后的废水与沉淀物进行分离，净化分离后的废水进入第二监控槽25经过检验合格后即可进行排放。

若前述步骤中经测控单元32检测，第二混凝池22中氟离子浓度到达预设标准值，则认为氢氟酸废水处理系统200此时负担较重，那么单向的控制阀门31不开启，第一收集池10中的CMP废水由CMP废水处理系统100单独进行处理，第二收集池20中的氢氟酸废水则由氢氟酸废水处理系统200单独进行处理，即CMP废水与氢氟酸废水各自分别进行PH调节、混凝、絮凝以及沉淀的步骤后分别进入第一、第二监控槽14、24，经过检验合格后再各自进行排放。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims

1.一种废水处理装置，其特征在于，包含：

2.根据权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于，所述第一废水为化学机械研磨废水，所述第二废水为氢氟酸废水。

3.根据权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于，所述控制阀门为单向阀门。

4.根据权利要求2所述的废水处理装置，其特征在于，所述离子为氟离子。

5.根据权利要求4所述的废水处理装置，其特征在于，所述测控单元控制阀门的闭合与开启的方式为，若检测到第二混凝池中氟离子浓度低于20mg/L时，所述控制阀门开启，否则控制阀门关闭。

6.一种废水处理方法，其特征在于，包含如下步骤：

提供一第一废水处理路径以及一第二废水处理路径；

分别收集一第一废水以及一第二废水；

检测所述第二废水处理路径中一选定位置的一离子浓度；以及

7.根据权利要求6所述的废水处理方法，其特征在于，所述第一废水为化学机械研磨废水，所述第二废水为氢氟酸废水。

8.根据权利要求7所述的废水处理方法，其特征在于，所述离子为氟离子且所述预设值为20mg/L。

9.根据权利要求6所述的废水处理方法，其特征在于，所述第一废水处理路径和所述第二废水处理路径均包含PH调节池、混凝池、絮凝池以及沉淀池。

10.根据权利要求9所述的废水处理方法，其特征在于，所述选定位置为第二废水处理路径中的混凝池。