CN217676938U - 一种显影液废液回收再生装置 - Google Patents

一种显影液废液回收再生装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种显影液废液回收再生装置，旨在解决显影液废液含有光致抗蚀剂和未完成利用的四烷基氢氧化铵(TAAH)，工厂需要花费大量费用对废液进行生物降解处理，其现有工艺设备投资大，回收杂质含量高的问题，一种显影液废液回收再生装置，包括有用于回收再生显影废液的双极膜电渗析机构，其中，双极膜电渗析机构包括处理槽体，处理槽体内至少含有依次设置的第一极液室、电渗析隔室、第二极液室，以在外加电场驱动下进行显影液阳离子迁移再结合得到再生纯TAAH。本实用新型尤其适用于显影液废液低成本高质量回收再生，具有较高的社会使用价值和应用前景。

Description

一种显影液废液回收再生装置
技术领域
本实用新型涉及显影液再生技术领域，具体涉及一种显影液废液回收再生装置。
背景技术
半导体及平板显示器制造过程中在晶圆或玻璃基板上形成图案的方法：首先在基板上或基板上形成的金属或非金属膜层上涂布光致抗蚀剂，然后紫外光透过形成图案的光罩对光致抗蚀剂进行曝光。利用曝光和未曝光光致抗蚀剂溶解度的差异，使用显影液对其进行显影，之后再进行蚀刻，从而实现形成图案的目的。
显影液的主要成分为四烷基氢氧化铵(即TAAH)，显影后，显影液废液含有光致抗蚀剂和未完成利用的TAAH，工厂需要花费大量费用对废液进行生物降解处理。
中国实用新型专利公开号CN 101111804A公开了一种显影液废液的处理方法：首先采用酸中和，通过过滤去除析出的光致抗蚀剂，滤液通过蒸发浓缩得到高浓度的四甲基铵盐，进一步对四甲基铵盐用离子膜电解的方法得到TAAH，再通过调整浓度得到新的显影液；
中国实用新型专利公开号CN 108623052A公开了一种显影液废液的处理方法：首先采用酸中和，通过过滤去除析出的光致抗蚀剂，滤液通过阳离子交换树脂去除金属离子，然后蒸发浓缩得到高浓度的四甲基铵盐，进一步对四甲基铵盐用离子膜电解的方法得到TAAH，再通过调整浓度得到新的显影液；
以上两种方法均需通过电解再生，设备投资大。
中国实用新型专利公开号CN 105314770A公开了一种显影液废液的处理方法：首先采用酸中和，通过过滤去除析出的光致抗蚀剂，滤液通过吸附进一步去除光刻胶。得到纯化的四甲基铵盐，最后使用阴离子交换树脂的氢氧根对四甲基铵盐阴离子进行交换得到TMAH；
该方法所得TMAH阴离子杂质含量高，且树脂再生也会产生大量的碱废水。
为此，我们提出了一种显影液废液回收再生装置。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决或至少缓解现有技术中所存在的问题。
为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种显影液废液回收再生装置，包括有用于回收再生显影废液的双极膜电渗析机构，其中，双极膜电渗析机构包括处理槽体，处理槽体内至少含有依次设置的第一极液室、电渗析隔室、第二极液室，以在外加电场驱动下进行显影液阳离子迁移再结合得到再生纯TAAH。
可选地，还包括用于承接并盛放显影废液的显影废液储槽、用于盛放纯TAAH 的产品槽、以及用于盛放显影废液处理而产生的次生废液的废液槽。
可选地，所述电渗析隔室的数量为多个，电渗析隔室至少包括依次排列的第一双极膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜、第二双极膜；
所述第一双极膜与阴离子交换膜之间构成注入有含电解质水溶液的中间隔室；
所述阴离子交换膜与阳离子交换膜之间构成注入有显影废液的原料隔室，且显影废液通过泵或重力自流的方式加入原料隔室；
所述阳离子交换膜与第二双极膜之间构成注入有去离子水/含纯TAAH水溶液的产品隔室；
其中，在外加电场驱动下，原料隔室中显影废液的TAAH阳离子通过阳离子交换膜迁移入产品隔室，并与第二双极膜产生的氢氧根结合得到纯TAAH产品；
显影废液中的光刻胶等有机物被阳离子交换膜阻隔仍然留在原料隔室，显影废液中的氢氧根碳酸根等阴离子通过阴离子交换膜进入中间隔室，并与第一双极膜产生的氢离子结合得到水或二氧化碳。
可选地，所述第一双极膜背离第二双极膜一侧的槽体空间构成第一极液室，第一极液室内设有阳极，且注入有含电解质水溶液。
可选地，所述第二双极膜背离第一双极膜一侧的槽体空间构成第二极液室，第二极液室内设有阴极，且注入有含电解质水溶液。
可选地，所述含电解质水溶液或为硫酸、硫酸钠、氯化钠、氢氧化钠或纯TAAH。
可选地，所述第一极液室和第二极液室内的含电解质水溶液与中间隔室内的含电解质水溶液或为同种或不同种。
可选地，所述第一双极膜与阴离子交换膜之间设有若干个阴离子交换膜或阳离子交换膜以组成多个中间隔室。
可选地，所述阳离子交换膜与第二双极膜之间设有若干个阴离子交换膜或阳离子交换膜以组成多个中间隔室。
本实用新型还提出了一种显影液废液的回收再生方法，包括如下步骤：
S1、在处理槽体内依次分隔出第一极液室、电渗析隔室、第二极液室，并在电渗析隔室分割出中间隔室、原料隔室、产品隔室；
S2、将含电解质水溶液注入中间隔室、第一极液室和第二极液室，将显影液废液注入原料隔室，将去离子水或含纯TAAH水溶液注入产品隔室；
S3、同时启动第一极液室、第二极液室内的阳极、阴极，显影液废液中显影液阳离子迁移入产品隔室与第二双极膜产生的氢氧根结合再生得到纯TAAH；
S4、将产品隔室内纯TAAH转移输出至产品槽储存或直接进入显影工艺，余下次生废液转移输出至废液槽并进行后续废水处理。
可选地，所述电渗析隔室至少为一个，且每个电渗析隔室内的中间隔室至少为一个。
本实用新型实施例提供了显影液废液回收再生装置，具备以下有益效果：
1、本实用新型利用双极膜在直流电下将水解离生成氢离子和氢氧根离子的特性以及阴、阳离子交换膜对阴阳离子的选择透过性的特性，在外加电驱动力下将显影液废液中光刻胶等杂质和烷基氢氧化铵进行分离，得到纯烷基氢氧化铵溶液，实现显影液的再生，降低了废液处理费用，减少废水中的氨氮排放，提高了四烷基氢氧化铵的资源利用。
2、本实用新型采用双极膜电渗析法无需通过酸碱中和预先去除光刻胶等有机物，也不需要电解再生，一步即可实现由显影液废液再生得到纯TAAH，工艺过程简单，无额外废弃物产生，同时所有回收再生流程均为常温常压下的物理回收操作，操作过程绿色安全。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对显影液废液回收再生装置的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型实施例1的双电膜电渗析机构示意图；
图3为本实用新型实施例2的双电膜电渗析机构示意图；
图4为本实用新型实施例3的双电膜电渗析机构示意图；
图5为本实用新型实施例4的双电膜电渗析机构示意图；
图6为本实用新型实施例5的双电膜电渗析机构示意图。
图中：显影液废液储槽10、双电膜电渗析机构20、第一极液室a、电渗析隔室b、第二极液室c、阳极201、阴极202、第一双极膜203、阴离子交换膜204、阳离子交换膜205、第二双极膜206、产品槽30、废液槽40。
具体实施方式
下面结合附图1-6和实施例对本实用新型进一步说明：
实施例1
一种显影液废液回收再生装置，包括按处理流程依次设置的：
用于承接并盛放显影液废液的显影液废液储槽10；
用于回收再生显影液废液的双电膜电渗析机构20，其中，双电膜电渗析机构 20包括处理槽体，处理槽体内至少含有依次设置的第一极液室a、电渗析隔室b、第二极液室c；
用于盛放纯TAAH的产品槽30；
以及，用于盛放显影液废液处理而产生的次生废液的废液槽40。
参照附图2，本实施例中，阳极201为钛材涂布氧化钌，阴极202为不锈钢，电渗析隔室b包括依次排列的第一双极膜203、阴离子交换膜204、阳离子交换膜 205、第二双极膜206，所述电渗析隔室b被分隔为原料隔室b2、中间隔室b1和产品隔室b3；
S1、原料隔室b2内加入显影液废液，废液成分：四甲基氢氧化铵2.4％，光刻胶0.5％，碳酸根2000ppm；
S2、中间隔室b1、第一极液室a和第二极液室c内加入2％浓度的稀硫酸；
S3、产品隔室b3内加入去离子水；
S4、阳极201和阴极202连接直流电源，在电流密度100A.m-1下电渗析，经 10小时后，产品隔室b3内纯TAAH浓度为2.01％，光刻胶含量小于0.05％，碳酸根未检测到。
实施例2
参照附图2，本实施例中，阳极201为钛材涂布氧化钌，阴极202为不锈钢，电渗析隔室b包括依次排列的第一双极膜203、阴离子交换膜204、阳离子交换膜 205、第二双极膜206，所述电渗析隔室b被分隔为原料隔室b2、中间隔室b1和产品隔室b3；
S1、原料隔室b2内加入显影液废液，废液成分：四甲基氢氧化铵2.4％，光刻胶0.5％，碳酸根2000ppm；
S2、中间隔室b1、第一极液室a和第二极液室c内加入2％浓度的稀硫酸；
S3、产品隔室b3内加入含四甲基氢氧化铵1％的去离子水；
S4、阳极201和阴极202连接直流电源，在电流密度100A.m-1下电渗析，经 8小时后，产品隔室b3内纯TAAH浓度为2.81％，光刻胶含量小于0.05％，碳酸根未检测到。
实施例3
参照附图2，本实施例中，阳极201为钛材涂布氧化钌，阴极202为不锈钢，电渗析隔室b包括依次排列的第一双极膜203、阴离子交换膜204、阳离子交换膜 205、第二双极膜206，所述电渗析隔室b被分隔为原料隔室b2、中间隔室b1和产品隔室b3；
S1、原料隔室b2内加入显影液废液，废液成分：四甲基氢氧化铵2.4％，光刻胶0.5％，碳酸根2000ppm；
S2、第一极液室a和第二极液室c内加入2％浓度的稀硫酸；
S3、中间隔室b1内加入2％浓度的四甲基氢氧化铵；
S4、产品隔室b3内加入去离子水；
S5、阳极201和阴极202连接直流电源，在电流密度100A.m-1下电渗析，经 10小时后，产品隔室b3内纯TAAH浓度为1.95％，光刻胶含量小于0.05％，碳酸根未检测到。
实施例4
参照附图3，本实施例中，阳极201为钛材涂布氧化钌，阴极202为不锈钢，电渗析隔室b包括依次排列的第一双极膜203、阴离子交换膜204、阳离子交换膜 205、阳离子交换膜205、第二双极膜206，所述电渗析隔室b被分隔为第一中间室b1、原料室b2、第二中间室b3和产品隔室b4；
S1、原料隔室b2内加入显影液废液，废液成分：四甲基氢氧化铵2.4％，光刻胶0.5％，碳酸根2000ppm；
S2、第一中间室b1、第一极液室a和第二极液室c内加入2％浓度的稀硫酸；
S3、第二中间室b3内加入2％浓度的四甲基氢氧化铵；
S4、产品隔室b4内加入去离子水；
S5、阳极201和阴极202连接直流电源，在电流密度100A.m-1下电渗析，经10小时后，产品隔室b3内纯TAAH浓度为1.98％，光刻胶未检测到，碳酸根未检测到。
实施例5
参照附图4，本实施例中，阳极201为钛材涂布氧化钌，阴极202为不锈钢，电渗析隔室b包括依次排列的第一双极膜203、阴离子交换膜204、阴离子交换膜 204、阳离子交换膜205、第二双极膜206，所述电渗析隔室b被分隔为第一中间室b1、第二中间室b2、原料室b3和产品隔室b4；
S1、原料隔室b3内加入显影液废液，废液成分：四甲基氢氧化铵2.4％，光刻胶0.5％，碳酸根2000ppm；
S2、第一中间室b1、第二中间室b2、第一极液室a和第二极液室c内加入2％浓度的稀硫酸；
S3、产品隔室b4内加入去离子水；
S4、阳极201和阴极202连接直流电源，在电流密度100A.m-1下电渗析，经 10小时后，产品隔室b3内纯TAAH浓度为2.01％，光刻胶未检测到，碳酸根未检测到。
根据本实用新型上述实施例的显影液废液回收再生装置，利用双极膜在直流电下将水解离生成氢离子和氢氧根离子的特性以及阴、阳离子交换膜对阴阳离子的选择透过性的特性，在外加电驱动力下将显影液废液中光刻胶等杂质和烷基氢氧化铵进行分离，得到纯烷基氢氧化铵溶液，实现显影液的再生，降低了废液处理费用，减少废水中的氨氮排放，提高了四烷基氢氧化铵的资源利用；
且采用双极膜电渗析法无需通过酸碱中和预先去除光刻胶等有机物，也不需要电解再生，一步即可实现由显影液废液再生得到纯TAAH，工艺过程简单，无额外废弃物产生，同时所有回收再生流程均为常温常压下的物理回收操作，操作过程绿色安全。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种显影液废液回收再生装置，其特征在于，包括有用于回收再生显影废液的双极膜电渗析机构(20)，其中，双极膜电渗析机构(20)包括处理槽体，处理槽体内至少含有依次设置的第一极液室(a)、电渗析隔室(b)、第二极液室(c)，以在外加电场驱动下进行显影液阳离子迁移再结合得到再生纯TAAH。
2.如权利要求1所述的显影液废液回收再生装置，其特征在于：还包括用于承接并盛放显影废液的显影废液储槽(10)、用于盛放纯TAAH的产品槽(30)、以及用于盛放显影废液处理而产生的次生废液的废液槽(40)。
3.如权利要求1所述的显影液废液回收再生装置，其特征在于：所述电渗析隔室(b)的数量为多个，电渗析隔室(b)至少包括依次排列的第一双极膜(203)、阴离子交换膜(204)、阳离子交换膜(205)、第二双极膜(206)；
所述第一双极膜(203)与阴离子交换膜(204)之间构成注入有含电解质水溶液的中间隔室(b1)；
所述阴离子交换膜(204)与阳离子交换膜(205)之间构成注入有显影废液的原料隔室(b2)；
所述阳离子交换膜(205)与第二双极膜(206)之间构成注入有去离子水/含纯TAAH水溶液的产品隔室(b3)。
4.如权利要求3所述的显影液废液回收再生装置，其特征在于：所述第一双极膜(203)背离第二双极膜(206)一侧的槽体空间构成第一极液室(a)，第一极液室(a)内设有阳极(201)，且注入有含电解质水溶液。
5.如权利要求4所述的显影液废液回收再生装置，其特征在于：所述第二双极膜(206)背离第一双极膜(203)一侧的槽体空间构成第二极液室(c)，第二极液室(c)内设有阴极(202)，且注入有含电解质水溶液。
6.如权利要求5所述的显影液废液回收再生装置，其特征在于：所述第一极液室(a)和第二极液室(c)内的含电解质水溶液与中间隔室内的含电解质水溶液或为同种或不同种，且含电解质水溶液或为硫酸、硫酸钠、氯化钠、氢氧化钠或纯TAAH。
7.如权利要求3所述的显影液废液回收再生装置，其特征在于：所述第一双极膜(203)与阴离子交换膜(204)之间设有若干个阴离子交换膜(204)或阳离子交换膜(205)以组成多个中间隔室(b1)。
8.如权利要求3所述的显影液废液回收再生装置，其特征在于：所述阳离子交换膜(205)与第二双极膜(206)之间设有若干个阴离子交换膜(204)或阳离子交换膜(205)以组成多个中间隔室(b1)。
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