KR102560777B1 - 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템 및 이를 이용한 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법 - Google Patents

반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템 및 이를 이용한 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법 Download PDF

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Abstract

반도체 공정 챔버에서 배출된 폐수를 1차 농축하는 것; 및 상기 1차 농축에 의해 농축된 상기 폐수의 적어도 일부인 농축 폐수를 2차 농축하는 것; 을 포함하되, 상기 폐수를 상기 1차 농축하는 것은, 제1 전기투석 장치에서 상기 폐수를 제1 처리수와 이온 교환시키는 것을 포함하고, 상기 농축 폐수를 상기 2차 농축하는 것은: 상기 농축 폐수를 제2 전기투석 장치에서 순환시키는 것; 제2 처리수를 상기 제2 전기투석 장치에서 순환시키는 것; 상기 제2 전기투석 장치의 양극과 음극에 전원을 인가하여, 상기 제2 전기투석 장치에서 순환하는 상기 농축 폐수를 상기 제2 처리수와 이온 교환시키는 것; 및 상기 제2 전기투석 장치에서 순환하는 상기 농축 폐수의 일부를 상기 제2 처리수에 합류시키는 것; 을 포함하는 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법이 제공된다.

Description

반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템 및 이를 이용한 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법{Treatment apparatus for semiconductor manufacturing process wastewater and treatment method for semiconductor manufacturing process wastewater using the same}
본 발명은 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템 및 이를 이용한 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 반도체 제조 공정 중 발생하는 폐수를 농축할 수 있는 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템 및 이를 이용한 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조는 여러 공정을 거쳐 수행될 수 있다. 예를 들어, 반도체 소자의 제조는 웨이퍼에 대한 포토 공정, 식각 공정 및 증착 공정 등을 통해 진행될 수 있다. 포토 공정에서 웨이퍼 상에 감광성 물질(Photoresist, PR)이 도포될 수 있다. 웨이퍼 상에 도포된 감광성 물질은, 노광 공정 후에 제거되어야 할 수 있다. 웨이퍼에 도포된 감광성 물질을 제거하기 위해, 현상액이 사용될 수 있다. 현상액은 다양한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 현상액은 TMAH(Tetramethylammonium hydroxide, 수산화 테트라메틸암모늄) 등을 포함할 수 있다. 이러한 현상액은 인체에 유해할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 폐수를 고농도로 농축할 수 있는 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템 및 이를 이용한 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 폐수의 농축 효율을 향상시킬 수 있는 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템 및 이를 이용한 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 공정 시간과 비용을 절감할 수 있는 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템 및 이를 이용한 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법은 수 반도체 공정 챔버에서 배출된 폐수를 1차 농축하는 것; 및 상기 1차 농축에 의해 농축된 상기 폐수의 적어도 일부인 농축 폐수를 2차 농축하는 것; 을 포함하되, 상기 폐수를 상기 1차 농축하는 것은, 제1 전기투석 장치에서 상기 폐수를 제1 처리수와 이온 교환시키는 것을 포함하고, 상기 농축 폐수를 상기 2차 농축하는 것은: 상기 농축 폐수를 제2 전기투석 장치에서 순환시키는 것; 제2 처리수를 상기 제2 전기투석 장치에서 순환시키는 것; 상기 제2 전기투석 장치의 양극과 음극에 전원을 인가하여, 상기 제2 전기투석 장치에서 순환하는 상기 농축 폐수를 상기 제2 처리수와 이온 교환시키는 것; 및 상기 제2 전기투석 장치에서 순환하는 상기 농축 폐수의 일부를 상기 제2 처리수에 합류시키는 것; 을 포함할 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법은 폐수를 전기투석 장치의 챔버에 유입시키는 것; 처리수를 상기 챔버에 유입시키는 것; 상기 전기투석 장치의 양극과 음극에 전원을 인가하여, 상기 챔버 내에서 상기 폐수를 상기 처리수와 이온 교환시키는 것; 상기 챔버에서 유출된 상기 폐수를 농축 지속 폐수 및 추가 처리수로 분리하는 것; 상기 농축 지속 폐수를 상기 챔버에 다시 유입시키는 것; 및 상기 챔버에서 유출된 상기 처리수를 상기 추가 처리수와 함께 상기 챔버에 다시 유입시키는 것; 을 포함할 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템은 제1 전기투석 장치를 포함하되, 상기 제1 전기투석 장치는: 폐수 유입구, 폐수 유출구, 처리수 유입구 및 처리수 유출구를 제공하는 제1 챔버; 상기 제1 챔버 내의 양극 및 음극; 상기 제1 챔버 내의 복수 개의 이온 교환 멤브레인; 상기 폐수 유입구 및 상기 폐수 유출구의 각각에 연결되는 폐수 탱크; 상기 처리수 유입구 및 상기 처리수 유출구의 각각에 연결되는 처리수 탱크; 및 상기 제1 챔버의 외부에서 상기 폐수 유출구와 상기 처리수 유입구를 연결하는 연결관; 을 포함할 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템 및 이를 이용한 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법에 따르면, 폐수를 고농도로 농축할 수 있다.
본 발명의 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템 및 이를 이용한 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법에 따르면, 폐수의 농축 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템 및 이를 이용한 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법에 따르면, 공정 시간과 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예들에 따른 제1 전기투석 장치를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예들에 따른 제2 전기투석 장치를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 전기투석 장치의 챔버의 내부를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6 내지 도 9는 도 5의 순서도에 따른 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법을 순차적으로 나타낸 도면들이다.
도 10은 농축 시 시간에 따른 폐수의 농도 및 폐수의 부피를 나타낸 그래프이다.
도 11은 농축 시 폐수의 일부를 처리수에 합류시키는 경우와, 그렇지 않은 경우를 비교한 시간-농도 그래프이다.
도 12는 초기 농도에 따른 농축비를 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시 예들에 따른 전기투석 장치의 챔버의 내부를 나타낸 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 대하여 설명한다. 명세서 전문에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 1을 참고하면, 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템(TS)이 제공될 수 있다. 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템(TS)은 반도체 제조 공정 중 발생하는 폐수를 처리할 수 있다. 보다 구체적으로, 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템(TS)은 식각 공정, 포토 공정 및/또는 세정 공정 중에 배출되는 폐수를 처리할 수 있다. 예를 들어, 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템(TS)은 감광성 물질(Photoresist, PR)을 제거하며 배출되는 폐수를 처리할 수 있다. 따라서 폐수는 현상액 및 감광성 물질을 포함할 수 있다.
현상액은 TMAH(Tetramethylammonium hydroxide, 수산화 테트라메틸암모늄) 등을 포함할 수 있다. 즉, 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템(TS)은 TMAH를 포함하는 폐수를 처리할 수 있다. 보다 구체적으로, 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템(TS)은 폐수 내 TMAH의 농도를 높여 폐수를 농축하거나, 폐수 내 TMAH의 농도를 낮추어 폐수를 희석할 수 있다. TMAH가 농축되어 농도가 높아진 유체는 재사용될 수 있다. 즉, 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템(TS)은 TMAH의 자원화를 위해 사용될 수 있다. TMAH가 희석되어 농도가 낮아진 유체는 외부로 배출될 수 있다. 보다 구체적으로, TMAH의 농도가 낮아진 유체는 바로 외부 환경으로 배출될 수 있다. 혹은, TMAH의 농도가 낮아진 유체는 별도의 후처리 공정을 거친 뒤 외부 환경으로 배출될 수 있다. 즉, 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템(TS)은 유체 내 TMAH를 희석시켜 유체를 방류하기 위해 사용될 수 있다. 이상에서 폐수가 TMAH를 포함하여, 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템(TS)이 폐수 내 TMAH를 농축 및 희석하는 것으로 서술하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉, 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템(TS)은 TMAH가 아닌 다른 물질을 포함하는 폐수를 농축 및 희석하기 위해 사용될 수도 있다.
반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템(TS)은 전기투석(Electrodialysis, ED)을 이용하여 폐수를 처리할 수 있다. 이를 위해 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템(TS)은 제1 전기투석 장치(A1), 제2 전기투석 장치(A2) 및 제어부(C)를 포함할 수 있다.
제1 전기투석 장치(A1)는 공정 챔버(PC)에서 배출되는 폐수를 전달받을 수 있다. 공정 챔버(PC)는 식각 공정, 포토 공정 및/또는 세정 공정을 위한 장치일 수 있다. 제1 전기투석 장치(A1)는 전기투석을 이용해 폐수를 농축 및/또는 희석할 수 있다. 제1 전기투석 장치(A1)에서 배출되는 유체는, 제2 전기투석 장치(A2)로 유입될 수 있다.
제2 전기투석 장치(A2)는 제1 전기투석 장치(A1)에서 배출되는 유체를 전달받을 수 있다. 즉, 공정 챔버(PC), 제1 전기투석 장치(A1) 및 제2 전기투석 장치(A2)는 직렬로 연결될 수 있다. 제2 전기투석 장치(A2)는 전기투석을 이용해 제1 전기투석 장치(A1)에서 배출되는 유체를 농축 및/또는 희석할 수 있다. 제2 전기투석 장치(A2)에서 농축된 후 배출되는 유체는, 농축 탱크(CT)에 저장될 수 있다.
제어부(C)는 제1 전기투석 장치(A1) 및 제2 전기투석 장치(A2)를 제어할 수 있다. 이를 위해 제어부(C)는 메모리 및 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리는 전기투석의 진행을 위한 프로그램, 인스트럭션 및 데이터를 저장하는 IC 칩일 수 있다. 프로세서는 메모리에 저장된 프로그램, 인스트럭션 및 데이터에 기초하여 제1 전기투석 장치(A1) 및 제2 전기투석 장치(A2)를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어부(C)는 제1 전기투석 장치(A1) 및 제2 전기투석 장치(A2)의 각각에서 전기투석 시간 및 유체의 유량 등을 제어할 수 있다. 이에 대한 상세한 내용은 후술하도록 한다. 이상에서 한 개의 제어부(C)가 제1 전기투석 장치(A1) 및 제2 전기투석 장치(A2)를 모두 제어하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉, 제1 전기투석 장치(A1) 및 제2 전기투석 장치(A2)의 각각은 별개의 제어부에 의해 제어될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예들에 따른 제1 전기투석 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2를 참고하면, 제1 전기투석 장치(A1)는 제1 챔버(11), 제1 전력 공급부(PS1), 제1 폐수 탱크(WT1), 제1 처리수 탱크(TT1), 제1 폐수 유입부(13), 제1 폐수 유출부(15), 제1 처리수 유입부(17), 제1 처리수 유출부(19) 및 pH 센서(HS)를 포함할 수 있다.
제1 챔버(11) 내에서 전기투석 공정이 진행될 수 있다. 즉, 제1 챔버(11) 내에서 폐수와 처리수 간의 이온교환이 일어날 수 있다. 제1 챔버(11)는 제1 폐수 유입구(111), 제1 폐수 유출구(112), 제1 처리수 유입구(113), 제1 처리수 유출구(114) 및 제1 챔버 하우징(115)을 포함할 수 있다.
제1 폐수 유입구(111)는 제1 폐수 탱크(WT1)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 폐수 유입구(111)는 제1 폐수 유입부(13)를 통해 제1 폐수 탱크(WT1)에 연결될 수 있다. 제1 폐수 탱크(WT1) 내의 폐수는 제1 폐수 유입부(13) 및 제1 폐수 유입구(111)를 거쳐, 제1 챔버 하우징(115) 내로 유입될 수 있다.
제1 폐수 유출구(112)는 제1 폐수 탱크(WT1)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 폐수 유출구(112)는 제1 폐수 유출부(15)를 통해 제1 폐수 탱크(WT1)에 연결될 수 있다. 제1 챔버 하우징(115) 내의 폐수는 제1 폐수 유출구(112) 및 제1 폐수 유출부(15)를 거쳐, 제1 폐수 탱크(WT1)로 돌아갈 수 있다.
제1 처리수 유입구(113)는 제1 처리수 탱크(TT1)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 처리수 유입구(113)는 제1 처리수 유입부(17)를 통해 제1 처리수 탱크(TT1)에 연결될 수 있다. 제1 처리수 탱크(TT1) 내의 처리수는 제1 처리수 유입부(17) 및 제1 처리수 유입구(113)를 거쳐, 제1 챔버 하우징(115) 내로 유입될 수 있다.
제1 처리수 유출구(114)는 제1 처리수 탱크(TT1)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 처리수 유출구(114)는 제1 처리수 유출부(19)를 통해 제1 처리수 탱크(TT1)에 연결될 수 있다. 제1 챔버 하우징(115) 내의 처리수는 제1 처리수 유출구(114) 및 제1 처리수 유출부(19)를 거쳐, 제1 처리수 탱크(TT1)로 돌아갈 수 있다.
제1 챔버 하우징(115)은 전기투석 공정에 진행되는 공간을 제공할 수 있다. 제1 챔버 하우징(115) 내에 전기투석 공정의 진행을 위한 구성들이 제공될 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 내용은 도 4를 참고하여 후술하도록 한다.
제1 전력 공급부(PS1)는 제1 챔버(11)에 전력을 공급할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 전력 공급부(PS1)는 제1 챔버(11) 내의 양극 및 음극에 전력을 제공할 수 있다. 제1 전력 공급부(PS1)가 제공하는 전력에 의해, 폐수 및 처리수 내의 이온들이 이동할 수 있다.
제1 폐수 탱크(WT1)는 폐수를 저장할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 폐수 탱크(WT1)는 공정 챔버(PC)에서 배출되어 전달되는 폐수를 저장할 수 있다. 이를 위해 제1 폐수 탱크(WT1)는 공정 챔버(PC)와 연결될 수 있다. 또한, 제1 폐수 탱크(WT1)는 유체를 저장하는 공간을 제공할 수 있다. 제1 폐수 탱크(WT1)는 제1 폐수 유입구(111) 및 제1 폐수 유출구(112)의 각각에 연결될 수 있다. 제1 폐수 탱크(WT1)에 저장된 폐수는, 제1 폐수 유입구(111)를 통해 제1 챔버(11)에 들어가, 처리수와 이온 교환을 할 수 있다. 처리수와 이온 교환을 한 폐수는, 제1 폐수 유출구(112)를 통해 제1 폐수 탱크(WT1)로 돌아올 수 있다. 일정량의 폐수가 제1 폐수 탱크(WT1)와 제1 챔버(11) 사이에서 반복 순환하며 처리수와 이온 교환을 할 수 있다.
제1 처리수 탱크(TT1)는 처리수를 저장할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 처리수 탱크(TT1)는 폐수와 이온 교환을 하는 처리수를 저장할 수 있다. 제1 전기투석 장치(A1)에서 사용되는 처리수는, 다양한 방식으로 얻어질 수 있다. 예를 들어, 제1 전기투석 장치(A1)에서 사용되는 처리수는, 공정 챔버(PC)에서 배출되는 유체의 일부를 분리하여 얻을 수 있다. 즉, 제1 처리수 탱크(TT1)에 처음 유입되는 처리수는, 폐수와 실질적으로 동일한 물질을 동일한 농도로 포함하는 유체일 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버(PC)로부터 제1 폐수 탱크(WT1)로 전달되는 폐수가 TMAH를 약 0.85% 함유한 물로 구성된 유체인 경우, 제1 처리수 탱크(TT1)에 처음 유입되는 처리수 또한 TMAH를 약 0.85% 함유한 물로 구성된 유체일 수 있다. 이를 위해 제1 처리수 탱크(TT1)는 공정 챔버(PC)와 연결될 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 처리수는 다른 방식으로 얻어질 수도 있다. 제1 처리수 탱크(TT1)는 유체를 저장하는 공간을 제공할 수 있다. 제1 처리수 탱크(TT1)는 제1 처리수 유입구(113) 및 제1 처리수 유출구(114)의 각각에 연결될 수 있다. 제1 처리수 탱크(TT1)에 저장된 처리수는, 제1 처리수 유입구(113)를 통해 제1 챔버(11)에 들어가, 폐수와 이온 교환을 할 수 있다. 폐수와 이온 교환을 한 처리수는, 제1 처리수 유출구(114)를 통해 제1 처리수 탱크(TT1)로 돌아올 수 있다. 일정량의 처리수가 제1 처리수 탱크(TT1)와 제1 챔버(11) 사이에서 반복 순환하며 폐수와 이온 교환을 할 수 있다.
제1 폐수 유입부(13)는 제1 폐수 탱크(WT1)와 제1 폐수 유입구(111)를 연결할 수 있다. 제1 폐수 유입부(13)는 제1 폐수 유입관(131), 제1 폐수 유입 밸브(133) 및 제1 폐수 펌프(135)를 포함할 수 있다. 제1 폐수 유입관(131)은 제1 폐수 탱크(WT1)와 제1 폐수 유입구(111)를 연결하는 관일 수 있다. 제1 폐수 유입 밸브(133)는 제1 폐수 유입관(131) 내의 폐수의 흐름을 제어할 수 있다. 제1 폐수 유입 밸브(133)의 개폐에 의해, 제1 폐수 유입관(131) 내에 흐르는 폐수의 유량이 조절될 수 있다. 제1 폐수 펌프(135)는 폐수가 제1 폐수 탱크(WT1)와 제1 챔버(11) 사이에서 순환하는 유동력을 제공할 수 있다. 제1 폐수 유입 밸브(133) 및 제1 폐수 펌프(135)의 각각은, 제어부(C, 도 1 참고)에 의해 제어될 수 있다.
제1 폐수 유출부(15)는 제1 폐수 탱크(WT1)와 제1 폐수 유출구(112)를 연결할 수 있다. 제1 폐수 유출부(15)는 제1 폐수 유출관(151) 및 제1 폐수 유출 밸브(153)를 포함할 수 있다. 제1 폐수 유출관(151)은 제1 폐수 탱크(WT1)와 제1 폐수 유출구(112)를 연결하는 관일 수 있다. 제1 폐수 유출 밸브(153)는 제1 폐수 유출관(151) 내의 폐수의 흐름을 제어할 수 있다. 제1 폐수 유출 밸브(153)의 개폐에 의해, 제1 폐수 유출관(151) 내에 흐르는 폐수의 유량이 조절될 수 있다. 제1 폐수 유출 밸브(153)는 제어부(C, 도 1 참고)에 의해 제어될 수 있다. 이상에서 제1 폐수 펌프(135)는 제1 폐수 유입부(13)에 제공되는 것으로 서술하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉, 제1 폐수 펌프(135)는 제1 폐수 유출부(15) 또는 다른 위치에 제공될 수도 있다.
제1 처리수 유입부(17)는 제1 처리수 탱크(TT1)와 제1 처리수 유입구(113)를 연결할 수 있다. 제1 처리수 유입부(17)는 제1 처리수 유입관(171), 제1 처리수 유입 밸브(173) 및 제1 처리수 펌프(175)를 포함할 수 있다. 제1 처리수 유입관(171)은 제1 처리수 탱크(TT1)와 제1 처리수 유입구(113)를 연결하는 관일 수 있다. 제1 처리수 유입 밸브(173)는 제1 처리수 유입관(171) 내의 처리수의 흐름을 제어할 수 있다. 제1 처리수 유입 밸브(173)의 개폐에 의해, 제1 처리수 유입관(171) 내에 흐르는 처리수의 유량이 조절될 수 있다. 제1 처리수 펌프(175)는 처리수가 제1 처리수 탱크(TT1)와 제1 챔버(11) 사이에서 순환하는 유동력을 제공할 수 있다. 제1 처리수 유입 밸브(173) 및 제1 처리수 펌프(175)의 각각은, 제어부(C, 도 1 참고)에 의해 제어될 수 있다.
제1 처리수 유출부(19)는 제1 처리수 탱크(TT1)와 제1 처리수 유출구(114)를 연결할 수 있다. 제1 처리수 유출부(19)는 제1 처리수 유출관(191) 및 제1 처리수 유출 밸브(193)를 포함할 수 있다. 제1 처리수 유출관(191)은 제1 처리수 탱크(TT1)와 제1 처리수 유출구(114)를 연결하는 관일 수 있다. 제1 처리수 유출 밸브(193)는 제1 처리수 유출관(191) 내의 처리수의 흐름을 제어할 수 있다. 제1 처리수 유출 밸브(193)의 개폐에 의해, 제1 처리수 유출관(191) 내에 흐르는 처리수의 유량이 조절될 수 있다. 제1 처리수 유출 밸브(193)는 제어부(C, 도 1 참고)에 의해 제어될 수 있다. 이상에서 제1 처리수 펌프(175)는 제1 처리수 유입부(17)에 제공되는 것으로 서술하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉, 제1 처리수 펌프(175)는 제1 처리수 유출부(19) 또는 다른 위치에 제공될 수도 있다.
pH 센서(HS)는 처리수의 pH를 측정할 수 있다. pH 센서(HS)는 제1 처리수 유출부(19) 상에 제공될 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, pH 센서(HS)는 제1 챔버(11) 내에서 처리수가 지나가는 공간 상에 위치할 수도 있다. 또는, pH 센서(HS)는 제1 처리수 탱크(TT1) 또는 제1 처리수 유입부(17) 상에 위치할 수도 있다. pH 센서(HS)는 처리수의 pH를 측정할 수 있는 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, pH 센서(HS)는 전위차 pH 측정기(potentiometric pH meter) 등을 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, pH 센서(HS)는 다른 종류의 측정기를 의미할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예들에 따른 제2 전기투석 장치를 나타낸 개략도이다.
도 3을 참고하면, 제2 전기투석 장치(A2)는 제2 챔버(21), 제2 전력 공급부(PS2), 제2 폐수 탱크(WT2), 제2 처리수 탱크(TT2), 제2 폐수 유입부(23), 제2 폐수 유출부(25), 제2 처리수 유입부(27), 제2 처리수 유출부(29) 및 연결부(3)를 포함할 수 있다.
제2 챔버(21), 제2 전력 공급부(PS2), 제2 폐수 탱크(WT2), 제2 처리수 탱크(TT2), 제2 폐수 유입부(23), 제2 폐수 유출부(25), 제2 처리수 유입부(27) 및 제2 처리수 유출부(29)의 각각은, 도 2를 참고하여 설명한 제1 챔버(11), 제1 전력 공급부(PS1), 제1 폐수 탱크(WT1), 제1 처리수 탱크(TT1), 제1 폐수 유입부(13), 제1 폐수 유출부(15), 제1 처리수 유입부(17) 및 제1 처리수 유출부(19)의 각각에 대응될 수 있다. 도 3의 구성들 중 도 2의 구성에 대응되는 구성은, 도 2의 그것과 실질적으로 동일 또는 유사할 수 있다.
예를 들어, 제2 챔버(21)는 제1 챔버(11, 도 2 참고)와 유사하게, 제2 폐수 유입구(211), 제2 폐수 유출구(212), 제2 처리수 유입구(213), 제2 처리수 유출구(214) 및 제2 챔버 하우징(215)을 포함할 수 있다.
또한, 제2 폐수 유입부(23)는 제2 폐수 유입관(231), 제2 폐수 유입 밸브(233) 및 제2 폐수 펌프(235)를 포함할 수 있다.
나아가, 제2 처리수 유출부(29)는 제2 처리수 유출관(291) 및 제2 처리수 유출 밸브(293)를 포함할 수 있다.
연결부(3)는 제2 폐수 유출구(212)와 제2 처리수 유입구(213)를 연결할 수 있다. 보다 구체적으로, 연결부(3)는 제2 챔버(21)의 외부에서 제2 폐수 유출구(212)와 제2 처리수 유입구(213)를 연결하여, 제2 폐수 유출구(212)에서 나오는 유체의 일부를 제2 처리수 유입구(213)로 보낼 수 있다. 이를 위해 연결부(3)는 연결관(31), 연결 밸브(33) 및 연결 펌프(35)를 포함할 수 있다.
연결관(31)은 제2 폐수 유출구(212)와 제2 처리수 유입구(213)를 연결하는 관일 수 있다. 예를 들어, 연결관(31)의 일단은 제2 폐수 탱크(WT2)에 연결되고, 연결관(31)의 타단은 제2 처리수 탱크(TT2)에 연결될 수 있다. 즉, 연결관(31)은 제2 폐수 탱크(WT2) 및 제2 처리수 탱크(TT2)를 거쳐 제2 폐수 유출구(212) 및 제2 처리수 유입구(213)의 각각에 연결될 수 있다. 따라서 제2 폐수 유출구(212)에서 유출된 유체의 일부는 제2 폐수 유출부(25), 제2 폐수 탱크(WT2), 연결부(3), 제2 처리수 탱크(TT2) 및 제2 처리수 유입부(27)를 거쳐 제2 처리수 유입구(213)로 이동할 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 연결관(31)은 도 3에 도시된 것과는 다른 방식으로 제2 폐수 유출구(212)와 제2 처리수 유입구(213)를 연결할 수도 있다. 예를 들어, 연결관(31)은 제2 폐수 유출관(251)과 제2 처리수 유입관(271)을 직접 연결할 수도 있다. 혹은, 연결관(31)은 제2 폐수 유출관(251)과 제2 처리수 탱크(TT2)를 직접 연결할 수도 있다. 혹은, 연결관(31)은 제2 폐수 탱크(WT2)와 제2 처리수 유입관(271)을 직접 연결할 수도 있다. 이 밖에 연결관(31)은 제2 폐수 유출구(212)와 제2 처리수 유입구(213)가 제2 챔버(21)의 외부에서 직/간접적으로 연결되도록 하는 다른 구성을 포함할 수도 있다.
연결 밸브(33)는 연결관(31) 상에 위치할 수 있다. 연결 밸브(33)는 연결관(31) 내의 유체의 흐름을 제어할 수 있다. 연결 밸브(33)의 개폐에 의해, 연결관(31) 내에 흐르는 유체의 유량이 조절될 수 있다. 연결 밸브(33)는 제어부(C, 도 1 참고)에 의해 제어될 수 있다.
연결 펌프(35)는 유체가 연결관(31) 내에서 순환하는 유동력을 제공할 수 있다. 연결 펌프(35)는 제어부(C, 도 1 참고)에 의해 제어될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 전기투석 장치의 챔버의 내부를 나타낸 사시도이다.
도 4를 참고하면, 제1 챔버 하우징(115) 내에 양극(AE), 음극(CE), 이온 교환 멤브레인 및 스페이서(SP)가 배치될 수 있다.
양극(AE)은 제1 전력 공급부(PS1, 도 2 참고)로부터 파워를 인가 받을 수 있다. 양극(AE)은 평판 형상을 가질 수 있다. 양극(AE)은 티타늄(Ti)이 코팅된 백금(Pt), 이리듐(Ir) 산화물 및/또는 루테늄(Ru) 산화물 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
음극(CE)은 제1 전력 공급부(PS1, 도 2 참고)로부터 파워를 인가 받을 수 있다. 음극(CE)은 평판 형상을 가질 수 있다. 음극(CE)은 양극(AE)으로부터 이격될 수 있다. 양극(AE)과 음극(CE)은 일정 거리 이격된 상태로 서로 마주볼 수 있다. 양극(CE)은 티타늄(Ti) 및/또는 스테인리스 강(SUS) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
이온 교환 멤브레인은 양극(AE)과 음극(CE) 사이에 배치될 수 있다. 이온 교환 멤브레인은 복수 개가 제공될 수 있다. 이온 교환 멤브레인은 바이폴라 멤브레인(BM) 및 양이온 교환 멤브레인(CEM)을 포함할 수 있다. 즉, 제1 전기투석 장치(A1, 도 2 참고)는 BP-C 타입 전기투석 장치일 수 있다.
바이폴라 멤브레인(BM)은 양이온과 음이온의 통과를 모두 차단할 수 있다. 즉, 양이온과 음이온 모두가 바이폴라 멤브레인(BM)을 통과하기 어려울 수 있다.
양이온 교환 멤브레인(CEM)은 양이온만을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 즉, 양이온만이 양이온 교환 멤브레인(CEM)을 용이하게 통과할 수 있다. 음이온은 양이온 교환 멤브레인(CEM)을 통과하기 어려울 수 있다. 양이온 교환 멤브레인(CEM)은 Polysterene 또는 Phenylene oxide(PPO) 고분자 지지체를 기반으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 양이온 교환 멤브레인(CEM)은 Polysterene 또는 Phenylene oxide(PPO) 고분자 지지체를 술폰화(Sulfonation) 시켜 음전하를 띄게 하여 제조할 수 있다. 이때 강화제 fabric을 첨가하여, pH에 대한 안정성을 확보할 수 있다.
바이폴라 멤브레인(BM) 및 양이온 교환 멤브레인(CEM)은 양극(AE)과 음극(CE) 사이에서 서로 이격 배치될 수 있다. 바이폴라 멤브레인(BM)과 양이온 교환 멤브레인(CEM) 사이에 스페이서(SP)가 위치할 수 있다. 스페이서(SP)는 다공성 구조를 포함할 수 있다. 이를 위해 스페이서(SP)는 실리콘(Si) 등을 포함할 수 있다. 따라서 스페이서(SP)의 내부에 형성된 구조를 통해, 스페이서(SP) 내부에서 유체가 이동할 수 있다.
바이폴라 멤브레인(BM) 및 양이온 교환 멤브레인(CEM)의 각각은 복수 개가 제공될 수 있다. 복수 개의 바이폴라 멤브레인(BM) 및 복수 개의 양이온 교환 멤브레인(CEM)은 서로 교대로 이격 배치될 수 있다. 이 경우 스페이서(SP) 또한 복수 개가 제공될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5를 참고하면, 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법(S)이 제공될 수 있다. 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법(S)은, 도 1을 참고하여 설명한 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템(TS)을 이용해 폐수를 처리하는 방법을 의미할 수 있다. 이를 위해 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법(S)은 폐수를 1차 농축하는 것(S1), 농축된 폐수의 적어도 일부를 제2 전기투석 장치로 보내는 것(S2) 및 폐수를 2차 농축하는 것(S3)을 포함할 수 있다.
폐수를 1차 농축하는 것(S1)은 폐수를 제1 전기투석 장치에서 순환시키는 것(S11), 제1 처리수를 제1 전기투석 장치에서 순환시키는 것(S12), 폐수를 제1 처리수와 이온 교환시키는 것(S13), 제1 처리수의 pH를 측정하는 것(S14), 제1 처리수의 교체 여부를 판단하는 것(S15) 및 제1 처리수를 교체하는 것(S16)을 포함할 수 있다.
폐수를 2차 농축하는 것(S3)은 농축 폐수를 제2 전기투석 장치에서 순환시키는 것(S31), 제2 처리수를 제2 전기투석 장치에서 순환시키는 것(S32), 농축 폐수를 제2 처리수와 이온 교환시키는 것(S33), 농축 폐수를 농축 지속 폐수 및 추가 처리수로 분리하는 것(S34), 추가 처리수를 제2 처리수에 합류시키는 것(S35) 및 추가 처리수를 제2 처리수와 함께 제2 전기투석 장치에서 순환시키는 것(S36)을 포함할 수 있다.
이하에서, 도 6 내지 도 9를 참고하여 도 5의 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법(S)의 각 단계를 상세히 설명하도록 한다.
도 6 내지 도 9는 도 5의 순서도에 따른 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법을 순차적으로 나타낸 도면들이다.
도 6 및 도 5를 참고하면, 폐수를 제1 전기투석 장치에서 순환시키는 것(S11)은 공정 챔버(PC, 도 1 참고)에서 배출된 폐수(WW1)가 제1 폐수 탱크(WT1)와 제1 챔버(11) 사이를 반복 순환하는 것을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 폐수(WW1)는 제1 폐수 탱크(WT1), 제1 폐수 유입부(13), 제1 폐수 유입구(111), 제1 챔버 하우징(115), 제1 폐수 유출구(112) 및 제1 폐수 유출부(15)를 차례로 이동할 수 있다. 이러한 과정은 일정 시간 동안 계속 반복될 수 있다.
제1 처리수를 제1 전기투석 장치에서 순환시키는 것(S12)은 제1 처리수(TW1)가 제1 처리수 탱크(TT1)와 제1 챔버(11) 사이를 반복 순환하는 것을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 처리수(TW1)는 제1 처리수 탱크(TT1), 제1 처리수 유입부(17), 제1 처리수 유입구(113), 제1 챔버 하우징(115), 제1 처리수 유출구(114) 및 제1 처리수 유출부(19)를 차례로 이동할 수 있다. 이러한 과정은 일정 시간 동안 계속 반복될 수 있다.
제1 챔버(11)에 유입되는 폐수(WW1)와 제1 처리수(TW1)의 부피 비율은, 약 1:5 내지 1:9일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 챔버(11)에 유입되는 폐수(WW1)와 제1 처리수(TW1)의 부피 비율은 약 1:7일 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 구체적 설계 적용에 따라 다른 부피비가 선정될 수도 있다.
도 7 및 도 5를 참고하면, 폐수를 제1 처리수와 이온 교환시키는 것(S13)은 제1 챔버 하우징(115) 내에서 폐수와 제1 처리수가 이온 교환하는 것을 포함할 수 있다. 제1 폐수 탱크(WT1)에서 나온 폐수는, 양이온 교환 멤브레인(CEM)과 바이폴라 멤브레인(BM) 사이의 공간으로 유입될 수 있다. 이때 폐수는 양이온 교환 멤브레인(CEM) 중 음극(CE)을 향하는 면과 맞닿아 있는 공간으로 유입될 수 있다.
반대로, 제1 처리수 탱크(TT1)에서 나온 제1 처리수는, 양이온 교환 멤브레인(CEM)과 바이폴라 멤브레인(BM) 사이의 공간으로 유입될 수 있다. 이때 제1 처리수는 양이온 교환 멤브레인(CEM) 중 양극(AE)을 향하는 면과 맞닿아 있는 공간으로 유입될 수 있다.
제1 전력 공급부(PS1, 도 2 참고)에 의해 양극(AE)과 음극(CE)에 전력이 인가될 수 있다. 이에 따라 제1 챔버 하우징(115) 내의 폐수 및 제1 처리수 속 이온이 이동할 수 있다. 보다 구체적으로, 양이온은 음극(CE)을 향해 이동할 수 있다. 또한, 음이온은 양극(AE)를 향해 이동할 수 있다. 바이폴라 멤브레인(BM)의 표면에서 수소 이온(H+) 및 수산화 이온(OH-)이 발생할 수 있다. 수소 이온(H+) 및 수산화 이온(OH-)도 이동할 수 있다. 이때 양이온은 양이온 교환 멤브레인(CEM)을 통과하여, 음극(CE)을 향해 이동할 수 있다. 그러나 양이온은 바이폴라 멤브레인(BM)은 통과하지 못할 수 있다. 반면, 음이온은 양이온 교환 멤브레인(CEM) 및 바이폴라 멤브레인(BM)을 모두 통과하지 못할 수 있다. 따라서 양이온과 음이온의 각각은 서로 분리된 공간에 모이게 될 수 있다.
폐수가 TMAH를 포함하는 경우, 양이온은 TMA+ 이온을 포함할 수 있다. TMA+가 일측으로 몰리면, 바이폴라 멤브레인(BM)이 공급하는 수산화이온(OH-)과 만나 그 공간에 있는 유체에서 TMAH의 농도는 올라갈 수 있다. TMAH의 농도가 높아진 유체는 제1 폐수 유출구(112)를 지나 제1 폐수 탱크(WT1)로 돌아갈 수 있다. 반면, TMA+를 빼앗긴 공간에 있는 유체에서는 TMA+가 바이폴라 멤브레인(BM)이 공급하는 수소 이온(H+)으로 대체되어 TMAH의 농도는 낮아질 수 있다. TMAH의 농도가 낮아진 유체는 제1 처리수 유출구(114)를 지나 제1 처리수 탱크(TT1)로 돌아갈 수 있다. 이에 따라 폐수의 농도는 올라가고, 제1 처리수의 농도는 낮아질 수 있다. 즉, 폐수는 농축되고, 제1 처리수는 희석될 수 있다.
다시 도 6 및 도 5를 참고하면, 제1 처리수의 pH를 측정하는 것(S14)은 pH 센서(HS)를 이용해 제1 처리수(TW1)의 pH를 측정하는 것을 포함할 수 있다. pH 센서(HS)가 제1 처리수 유출관(191) 상에 있는 경우, pH 센서(HS)는 제1 챔버(11)에서 나온 제1 처리수(TW1)의 pH를 측정할 수 있다.
제1 처리수의 교체 여부를 판단하는 것(S15)은 제1 처리수(TW1)의 pH가 일정 수치 이하인지 판단하는 것을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(C, 도 1 참고)에 기 입력된 기준 값보다 측정된 제1 처리수(TW1)의 pH가 낮으면, 제어부(C)는 제1 처리수(TW1)를 교체해야 한다고 판단할 수 있다.
제1 처리수를 교체하는 것(S16)은 제1 처리수(TW1)의 pH가 기준 값보다 낮을 경우, 제1 처리수(TW1)를 새로운 것으로 바꾸는 것을 포함할 수 있다. 기존에 제1 전기투석 장치(A1)에서 순환하던 제1 처리수(TW1)는 배출시키고, 새로운 제1 처리수가 제1 전기투석 장치(A1)에서 순환하게 될 수 있다.
도 8 및 도 5를 참고하면, 농축된 폐수의 적어도 일부를 제2 전기투석 장치로 보내는 것(S2)은, 제1 전기투석 장치(A1)에서 농축된 폐수의 적어도 일부(W)를 제2 전기투석 장치(A2)로 보내는 것을 포함할 수 있다. 제1 전기투석 장치(A1)에서 농축된 폐수의 일부는 제2 폐수 탱크(TT2, 도 9 참고)로 보내질 수 있다. 제2 폐수 탱크(TT2)로 보내져 다시 농축되는 유체는 농축 폐수라 칭할 수 있다. 반면, 제1 전기투석 장치(A1)에서 농축된 폐수의 다른 일부는 잔여 폐수라 칭할 수 있다.
도 9 및 도 5를 참고하면, 농축 폐수를 제2 전기투석 장치에서 순환시키는 것(S31)은 농축 폐수(WW2)가 제2 폐수 탱크(WT2)와 제2 챔버(21) 사이를 반복 순환하는 것을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 농축 폐수(WW2)는 제2 폐수 탱크(WT2), 제2 폐수 유입부(23), 제2 폐수 유입구(211), 제2 챔버 하우징(215), 제2 폐수 유출구(212) 및 제2 폐수 유출부(25)를 차례로 이동할 수 있다. 이러한 과정은 일정 시간 동안 계속 반복될 수 있다.
제2 처리수를 제2 전기투석 장치에서 순환시키는 것(S32)은 제2 처리수(TW2)가 제2 처리수 탱크(TT2)와 제2 챔버(21) 사이를 반복 순환하는 것을 포함할 수 있다. 제2 처리수(TW2)로써 잔여 폐수를 사용할 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 제2 처리수(TW2)로서 물을 사용하거나, 또는 공정 챔버(PC, 도 1 참고)에서 바로 배출된 유체를 사용할 수도 있다. 제2 처리수(TW2)는 제2 처리수 탱크(TT2), 제2 처리수 유입부(27), 제2 처리수 유입구(213), 제2 챔버 하우징(215), 제2 처리수 유출구(214) 및 제2 처리수 유출부(29)를 차례로 이동할 수 있다. 이러한 과정은 일정 시간 동안 계속 반복될 수 있다.
농축 폐수를 제2 처리수와 이온 교환시키는 것(S33)은, 도 7 및 도 5를 참고하여 설명한 폐수를 제1 처리수와 이온 교환시키는 것(S13)과 실질적으로 동일 또는 유사할 수 있다. 이에 따라 농축 폐수(WW2)의 농도는 더욱 높아질 수 있다. 반면, 제2 처리수(TW2)의 농도는 낮아질 수 있다. 즉, 농축 폐수(WW2)는 농축되고, 제2 처리수(TW2)는 희석될 수 있다.
농축 폐수를 농축 지속 폐수 및 추가 처리수로 분리하는 것(S34)은 제2 챔버(21)에서 유출된 농축 폐수(WW2)의 일부를 분리하는 것을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 폐수 유출구(212)에서 나온 농축 폐수(WW2)는 농축 지속 폐수 및 추가 처리수(ATW)로 분리될 수 있다. 예를 들어, 연결관(31)이 제2 폐수 탱크(WT2)와 제2 처리수 탱크(TT2)를 연결하는 경우, 연결 펌프(35)에 의해 제2 폐수 탱크(WT2)에 있던 농축 폐수(WW2)의 일부가 연결관(31)을 통해 이동할 수 있다. 연결관(31)으로 이동한 유체가 추가 처리수(ATW)일 수 있다. 추가 처리수(ATW)로 분리되지 아니하고 남은 유체를 농축 지속 폐수라 칭할 수 있다. 농축 폐수(WW2)에서 분리된 추가 처리수(ATW)의 부피는, 농축 지속 폐수의 부피보다 작을 수 있다. 추가 처리수(ATW)의 이동 및 그 유량은 제어부(C, 도 1 참고)가 연결 밸브(33) 및/또는 연결 펌프(35)를 제어하여 조절될 수 있다. 농축 폐수(WW2)에서 추가 처리수(ATW)를 분리하는 방식은 연결관(31)의 결합 형태에 따라 변할 수도 있다.
추가 처리수를 제2 처리수에 합류시키는 것(S35)은 연결관(31)으로 이동하여 분리된 추가 처리수(ATW)가 제2 처리수(TW2)에 합류하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 연결관(31)이 제2 폐수 탱크(WT2)와 제2 처리수 탱크(TT2)를 연결하는 경우, 분리된 추가 처리수(ATW)는 제2 처리수 탱크(TT2)로 이동할 수 있다. 즉, 추가 처리수(ATW)는 연결관(31)을 따라 이동하여 제2 처리수 탱크(TT2)에서 제2 처리수(TW2)에 합류될 수 있다. 추가 처리수(ATW)는 제2 챔버(21)에서 일정 시간 농축된 후 나온 유체일 수 있다. 따라서 추가 처리수(ATW)가 합류된 제2 처리수(TW2) 전체의 농도는 올라갈 수 있다. 또한, 추가 처리수(ATW)가 합류된 제2 처리수(TW2) 전체의 부피는 증가할 수 있다.
추가 처리수를 제2 처리수와 함께 제2 전기투석 장치에서 순환시키는 것(S36)은 제2 처리수(TW2)에 합류된 추가 처리수(ATW)가 제2 처리수 유입부(27), 제2 처리수 유입구(213), 제2 챔버 하우징(215) 및 제2 처리수 유출부(29)를 따라 계속 순환하는 것을 포함할 수 있다. 추가 처리수(ATW)가 합류된 제2 처리수(T2)는 제2 챔버(21)에서 농축 폐수(WW2)를 농축시킬 수 있다. 이에 따라 추가 처리수(ATW)가 합류된 제2 처리수(TW2)는 희석될 수 있다.
도 10은 농축 시 시간에 따른 폐수의 농도 및 폐수의 부피를 나타낸 그래프이다.
도 10을 참고하면, 도 5를 참고하여 설명한 것과는 달리, 2단 농축이 아닌 3단 농축을 실시한 결과가 제공될 수 있다. 가로축은 농축 시간을 의미할 수 있다. 왼쪽에 있는 세로축은 농도를 의미할 수 있다. 오른쪽에 있는 세로축은 농축된 폐수의 부피를 의미할 수 있다. 그래프 상에 동그라미로 표시된 지점은, 왼쪽에 있는 세로축의 농도 값을 의미할 수 있다. 그래프 상에 세모로 표시된 지점은, 오른쪽에 있는 세로축의 부피 값을 의미할 수 있다. 세모가 표시된 그래프가 3개로 나뉘어 있는 것은 3단계에 걸쳐 농축이 수행되었음을 의미할 수 있다.
농축 시간이 지속될수록, 폐수의 농도는 올라갈 수 있다. 또한, 농축 시간이 지속될수록 폐수의 부피는 증가할 수 있다.
예를 들어, 1단 농축이 끝난 시점에서, 폐수의 농도는 약 4~5%일 수 있다. 또한, 1단 농축이 끝난 시점에서, 폐수의 부피는 약 600mL일 수 있다.
또한, 1단 농축이 끝난 시점에서, 폐수의 농도는 약 13%일 수 있다. 또한, 1단 농축이 끝난 시점에서, 폐수의 부피는 약 1200mL일 수 있다.
나아가, 1단 농축이 끝난 시점에서, 폐수의 농도는 약 16%일 수 있다. 또한, 1단 농축이 끝난 시점에서, 폐수의 부피는 약 3000mL일 수 있다.
3단 농축의 경우, 농도의 증가 값이 낮을 수 있다. 반면, 3단 농축의 경우 부피의 증가 값이 클 수 있다. 즉, 3단 농축의 경우 부피의 증가 값이 커, 상대적으로 농도의 증가 값이 낮을 수 있다. 이러한 그래프는 3단 농축보다 2단 농축이 시간 대비 농축 효율이 더 좋다는 것을 의미할 수 있다.
도 11은 농축 시 폐수의 일부를 처리수에 합류시키는 경우와, 그렇지 않은 경우를 비교한 시간-농도 그래프이다.
도 11을 참고하면, 1단 농축 시 폐수의 일부를 처리수로 보내는 경우와, 그렇지 않은 경우에 대한 농도 그래프가 제공될 수 있다. 농축 시 폐수의 일부를 처리수로 보내는 것은, 그래프 상에서 recycle이라 표현될 수 있다. 가로축은 농축 시간을 의미할 수 있다. 세로축은 농도를 의미할 수 있다.
그래프 상에 검은 동그라미로 표시된 지점은, recycle을 할 경우에 대한 결과 값일 수 있다. 그래프 상에 하얀 동그라미로 표시된 지점은, recycle을 하지 않은 경우에 대한 결과 값일 수 있다.
그래프 상에 위로 올라가는 그래프는, 폐수의 농도를 의미할 수 있다. 그래프 상에 아래로 내려가는 그래프는, 처리수의 농도를 의미할 수 있다.
농축 시간이 지속될수록, 폐수의 농도는 올라갈 수 있다. 또한, 농축 시간이 지속될수록 처리수의 농도는 내려갈 수 있다.
Recycle을 할 경우, 폐수의 농도는 상대적으로 많이 올라갈 수 있다. 또한, recycle을 할 경우, 처리수의 농도는 상대적으로 덜 내려갈 수 있다. 반면, recycle을 하지 않을 경우, 폐수의 농도는 상대적으로 적게 올라갈 수 있다. 또한, recycle을 하지 않을 경우, 처리수의 농도는 상대적으로 더 내려갈 수 있다. 즉, recycle을 할 경우, 같은 시간이 경과되었을 때 폐수가 더 높은 농도로 농축될 수 있다.
도 12는 초기 농도에 따른 농축비를 나타낸 그래프이다.
도 12를 참고하면, 1단 농축 시 폐수의 일부를 처리수로 보내는 경우와 그렇지 않은 경우를 나누어, 초기 농도에 따른 농도 비가 제공될 수 있다.
가로축은 폐수의 초기 농도를 의미할 수 있다. 세로축은 폐수의 농축 비를 의미할 수 있다.
폐수의 초기 농도가 2% 미만인 케이스에서, 농축비는 상대적으로 높게 나타날 수 있다. 폐수의 초기 농도가 4%인 경우, recycle을 할 때는 농축비가 약 4.5일 수 있다. 반면 폐수의 초기 농도가 4%인 경우, recycle을 하지 않을 때는 농축비가 약 3일 수 있다. 폐수의 초기 농도가 6%인 경우, recycle을 할 때는 농축비가 약 5일 수 있다. 반면 폐수의 초기 농도가 6%인 경우, recycle을 하지 않을 때는 농축비가 약 3.8일 수 있다. 폐수의 초기 농도가 8%인 경우, recycle을 할 때는 농축비가 약 4.8일 수 있다. 반면 폐수의 초기 농도가 8%인 경우, recycle을 하지 않을 때는 농축비가 약 4.2일 수 있다.
초기 농도에 관계없이, recycle을 한 경우에 농축비가 더 높을 수 있다. 즉, recycle을 한 경우에 폐수가 더욱 높은 농도로 농축될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템 및 이를 이용한 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법에 의하면, 2단 농축을 사용하여 폐수를 더욱 높은 농도로 농축할 수 있다. 따라서 TMAH가 고농도로 농축된 유체를 재사용할 수 있다. 또한, 배출되는 유체 내 TMAH의 농도를 줄일 수 있다. 2단 농축 시, 처리수로서 잔여 폐수를 사용할 경우, 2단 농축에서 폐수와 처리수 간의 농도 차이를 줄일 수 있다. 이에 따라 농축 효율이 향상될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템 및 이를 이용한 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법에 의하면, 전기투석 장치 내에서 순환하는 폐수의 일부를 분리하여 처리수에 합류시킬 수 있다. 따라서 순환하는 폐수의 부피를 줄일 수 있다. 전기투석 공정이 진행됨에 따라, 전기투석 장치 내에서 순환하는 폐수와 처리수 간의 농도 차이는 커질 수 있다. 이에 따라 삼투압 현상에 의해 폐수의 부피가 증가할 수 있다. 폐수의 부피가 증가하면, 폐수의 농도는 상대적으로 낮아질 수 있다. 순환하는 폐수의 일부를 분리하여 처리수에 합류시키면, 폐수의 부피가 줄어들어, 결과적으로 폐수의 농도가 올라갈 수 있다. 또한, 순환하는 폐수의 일부가 처리수에 합류되어, 처리수의 농도가 올라갈 수 있다. 따라서 전기투석 공정이 진행되어도, 폐수와 처리수 간의 농도 차이는 상대적으로 덜 벌어질 수 있다. 이에 의해 폐수에 대한 삼투압 현상이 완화될 수 있다. 결과적으로, 폐수는 더욱 높은 농도로 농축될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템 및 이를 이용한 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법에 의하면, 전기투석 공정 중 순환하는 처리수의 pH를 측정하여, 처리수의 pH가 일정 수치 이하일 경우 처리수를 교체할 수 있다. pH가 지나치게 낮아지면, 이온 교환의 에너지 효율이 떨어질 수 있다. 예를 들어, pH가 지나치게 낮아지면, 양이온 교환 멤브레인에서 수소 이온과 다른 양이온 간의 경쟁이 일어나, 다른 양이온이 양이온 교환 멤브레인을 통과하기 어려울 수 있다. 이 경우 농축 효율이 저하될 수 있다. 따라서 처리수의 pH가 일정 수치 이하인 경우 처리수를 교체함으로써 농축 효율을 향상시킬 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시 예들에 따른 전기투석 장치의 챔버의 내부를 나타낸 사시도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 12를 참고하여 설명한 것과 실질적으로 동일 또는 유사한 내용에 대한 것을 편의 상 설명을 생략할 수 있다.
도 13을 참고하면, 제1 챔버(11')가 제공될 수 있다. 그러나 도 13의 제1 챔버(11')는, 도 4를 참고하여 설명한 그것과는 달리 음이온 교환 멤브레인(AEM)을 더 포함할 수 있다. 즉, 도 13의 전기투석 장치는 BP-A-C 타입 전기투석 장치일 수 있다. 음이온 교환 멤브레인(AEM)은 Polysterene 또는 Phenylene oxide(PPO) 고분자 지지체를 기반으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 음이온 교환 멤브레인(AEM)은 Polysterene 또는 Phenylene oxide(PPO) 고분자 지지체를 아미노화(Amination) 시켜 양전하를 띄게 하여 제조할 수 있다. 이때 강화제 fabric을 첨가하여, pH에 대한 안정성을 확보할 수 있다.
양극(AE)과 음극(CE) 사이에서 바이폴라 멤브레인(BM), 음이온 교환 멤브레인(AEM) 및 양이온 교환 멤브레인(CEM)이 서로 이격 배치될 수 있다. 바이폴라 멤브레인(BM), 음이온 교환 멤브레인(AEM) 및 양이온 교환 멤브레인(CEM)의 사이에 스페이서(SP)가 배치될 수 있다. 실시 예들에서, 바이폴라 멤브레인(BM), 음이온 교환 멤브레인(AEM) 및 양이온 교환 멤브레인(CEM)의 각각은 복수 개가 제공될 수 있다. 복수 개의 바이폴라 멤브레인(BM), 음이온 교환 멤브레인(AEM) 및 양이온 교환 멤브레인(CEM)은 교대로 이격 배치될 수 있다. 이러한 BP-A-C 타입 전기투석 장치에 의하면, 농축 효율이 향상될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
TS: 반도체 제조 공정 폐수 처리 시스템
A1: 제1 전기투석 장치
A2: 제2 전기투석 장치
C: 제어부
11: 제1 챔버
111: 폐수 유입구
112: 폐수 유출구
113: 처리수 유입구
114: 처리수 유출구
115: 제1 챔버 하우징
WT1: 제1 폐수 탱크
TT1: 제1 처리수 탱크
AE: 양극
CE: 음극
CEM: 양이온 교환 멤브레인
AEM: 음이온 교환 멤브레인
BM: 바이폴라 멤브레인
SP: 스페이서
WW1: 폐수
TW1: 제1 처리수
WW2: 농축 폐수
TW2: 제2 처리수
ATW: 보조 처리수

Claims (10)

  1. 반도체 공정 챔버에서 배출된 폐수를 1차 농축하는 것; 및
    상기 1차 농축에 의해 농축된 상기 폐수의 적어도 일부인 농축 폐수를 2차 농축하는 것; 을 포함하되,
    상기 폐수를 상기 1차 농축하는 것은, 제1 전기투석 장치에서 상기 폐수를 제1 처리수와 이온 교환시키는 것을 포함하고,
    상기 농축 폐수를 상기 2차 농축하는 것은:
    상기 농축 폐수를 제2 전기투석 장치에서 순환시키는 것;
    제2 처리수를 상기 제2 전기투석 장치에서 순환시키는 것;
    상기 제2 전기투석 장치의 양극과 음극에 전원을 인가하여, 상기 제2 전기투석 장치에서 순환하는 상기 농축 폐수를 상기 제2 처리수와 이온 교환시키는 것; 및
    상기 제2 전기투석 장치에서 순환하는 상기 농축 폐수의 일부를 상기 제2 처리수에 합류시키는 것; 을 포함하며,
    상기 제2 전기투석 장치에서 순환하는 상기 농축 폐수의 일부를 상기 제2 처리수에 합류시키는 것은:
    상기 농축 폐수를 농축 지속 폐수 및 추가 처리수로 분리하는 것; 및
    상기 추가 처리수를 상기 제2 처리수에 합류시켜, 상기 제2 처리수와 함께 상기 제2 전기투석 장치에서 순환시키는 것; 을 포함하는 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 농축 폐수를 상기 농축 지속 폐수 및 상기 추가 처리수로 분리하는 것은, 상기 농축 폐수가 상기 제2 전기투석 장치의 챔버에서 유출되었을 때 수행되는 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 농축에 의해 농축된 상기 폐수를 상기 농축 폐수 및 잔여 폐수로 분리하는 것을 더 포함하되,
    상기 제2 처리수를 상기 제2 전기투석 장치에서 순환시키는 것에서, 상기 제2 처리수로써 상기 잔여 폐수를 사용하는 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐수를 상기 1차 농축하는 것은:
    상기 제1 처리수의 pH를 측정하는 것; 및
    측정된 상기 제1 처리수의 상기 pH에 대한 정보를 이용해, 상기 제1 처리수의 교체 여부를 판단하는 것; 을 포함하는 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법.
  6. 폐수를 전기투석 장치의 챔버에 유입시키는 것;
    처리수를 상기 챔버에 유입시키는 것;
    상기 전기투석 장치의 양극과 음극에 전원을 인가하여, 상기 챔버 내에서 상기 폐수를 상기 처리수와 이온 교환시키는 것;
    상기 챔버에서 유출된 상기 폐수를 농축 지속 폐수 및 추가 처리수로 분리하는 것;
    상기 농축 지속 폐수를 상기 챔버에 다시 유입시키는 것; 및
    상기 챔버에서 유출된 상기 처리수를 상기 추가 처리수와 함께 상기 챔버에 다시 유입시키는 것; 을 포함하는 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 폐수를 상기 농축 지속 폐수 및 상기 추가 처리수로 분리하는 것에서, 상기 농축 지속 폐수의 양은 상기 추가 처리수의 양보다 많은 반도체 제조 공정 폐수 처리 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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