CN212039386U - 一种半导体制造研磨废水回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体研磨废水处理技术领域，尤其是一种半导体制造研磨废水回收装置，包括研磨废水回收装置的外壳主体，所述外壳主体内设置有过滤膜纤维组件，外壳主体的侧壁与过滤膜纤维组件之间为待过滤废水存储空间，过滤膜纤维组件的顶端侧壁与外壳主体的侧壁之间为密封连接，外壳主体的内部顶端与过滤膜纤维组件的顶端之间为过滤后回收水存储空间，外壳主体的下部连通设置有污泥回收装置，本实用新型实现资源回收再利用，从而减少水资源的使用量、降低制造成本，保护了环境，避免了环境污染情况。

Description

一种半导体制造研磨废水回收装置

技术领域

本实用新型涉及半导体研磨废水处理技术领域，具体领域为一种半导体制造研磨废水回收装置。

背景技术

众所习知，所述半导体制造技术中，无论是硅元素半导体(SiliconSemiconductor)或化合物半导体(Compound Semiconductor)如砷化镓(GaAs)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等，其晶圆(Wafer)或基材(Substrate)其应用在太阳能电池(SolarCell)、集成电路(Integrated Circuit)、以及功率(Power)、感测(Sensor)、光电(Photo-electronics)、微波(Microwave)、显示(Display)...等用途的制程工艺，都由长晶或拉晶而成的铸锭(Ingot)后，以修边(Edge Trimming)、切片(Slicing)、或剥片(Peel Off)等加工制成所需要的晶圆厚度与形状，经过研磨(Lapping)或磨削(Grinding)使其成型与平坦化(Planarization)、再经过精密研磨(Fine Lapping or Grinding)或抛光(Polishing)以去除损伤表层或瑕疵缺陷，制程中也随时需要在电路堆叠产生平坦度变化时以化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing)进行平坦化(Planarization)制程，晶圆再生(WaferReclaim)、晶背研磨(Wafer Back Grinding)与减薄(Wafer Thinning)、晶粒切割(ChipDicing)等制造制程上的需求。

前述制程中来自于晶棒的外围切削、两头切削、晶圆的切片、倒角、机械物理研磨、化学蚀刻研磨、机械化学抛光、晶圆再生除膜，以至于封装前的晶背的研磨、减薄、晶粒切割等，于制程中大量排放研磨废水，产生的废水成分包括有高浓度且化性稳定的微细研磨粉体例如氧化硅(SiO 2)、三氧化铝(Al 2 O 3)、锆石(Zircon)、钻石(Diamond)及其它等、化学药剂例如氧化剂(Oxidant)界面活性剂(Surfactant)、酸碱溶液(Acid-base Solution)等、研磨产生之碎屑例如锆石、钻石及其它磨屑等、以及金属离子例如晶圆基材、铜、钨、铝及其它磨屑等、以及含有大量超纯水等。

习知的研磨废水针对前述的含有悬浮粒子废水可用过滤(Filtration)、混凝(Mixed Coagulation)、沉淀(Precipitation)、加压上浮(Pressurized Floating)等方式处理，含有有机物废水可用生物分解(Bio-degradation)、活性炭吸附(Activated CarbonAdsorption)等方式处理，含有离子废水可用离子交换树脂(Ion Exchange Resin)、反渗透膜(Reverse Osmosis Film)、电透析(Electrodialysis)等方式处理；但是研磨制程废水里面兼具各种不同内含物质，上述无论何种处理方式，大量废水排放、或需加入化学品、或处理流程复杂、占用大量场地等，废水处理相对困难且成本较高，因此，在研磨制程废水处理的过程中，如何从符合环保需求与提升处理效能，从而降低处理成本、增加回收再利用率等需求，成为重要的课题，习知的处理流程步骤，都有改善空间。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种半导体制造研磨废水回收装置，以解决现有技术中半导体研磨废水处理流程复杂、处理设备体积过大、废水处理困难且成本较高的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种半导体制造研磨废水回收装置，包括研磨废水回收装置的外壳主体，所述外壳主体内设置有过滤膜纤维组件，外壳主体的侧壁与过滤膜纤维组件之间为待过滤废水存储空间，过滤膜纤维组件的顶端侧壁与外壳主体的侧壁之间为密封连接，外壳主体的内部顶端与过滤膜纤维组件的顶端之间为过滤后回收水存储空间，外壳主体的下部连通设置有污泥回收装置，外壳主体的侧壁下部分别设置有连通待过滤废水存储空间的研磨废水入口接管和压缩空气入口接管，外壳主体的侧壁上部分别设置有连通待过滤废水存储空间的研磨废水回流接管和排气接口，外壳主体的顶端设置有连通过滤后回收水存储空间的回收水出口接管，污泥回收装置的下端出口连通有回收研磨微粒浓缩液出口接管。

优选的，所述的回收水出口接管处分别连通有回收水再利用管道和压缩空气管道。

优选的，所述过滤膜纤维组件包括握持环、过滤膜纤维管束和保护外管，过滤膜纤维管束的管束头固定在握持环内，保护外管套设在过滤膜纤维管束外部，且保护外管的上端与握持环连接。

优选的，所述过滤膜纤维管束为圆管过滤膜纤维。

优选的，所述的圆管过滤膜纤维的管壁为.圆管过滤膜纤维海绵结构孔洞管壁。

优选的，所述污泥回收装置为锥形回旋沉降装置。

优选的，所述的研磨废水入口接管、压缩空气入口接管、研磨废水回流接管、排气接口和回收研磨微粒浓缩液出口接管上均设置有用于接口通断的电磁阀，所述的回收水出口接管上连通的回收水再利用管道和压缩空气管道上也设置有电磁阀，所有的电磁阀均由控制器进行通断控制。

优选的，研磨废水入口接管通过该处的电磁阀后连通研磨制程废水收集管道，

研磨废水回流接管通过该处的电磁阀后与研磨废水入口接管处的电磁阀的进口端连通，

压缩空气入口接管通过该处的电磁阀后与压缩空气管道连通，

排气接口处的电磁阀为排气阀，排气接口通过排气阀连通排气阀出口管道，

回收研磨微粒浓缩液出口接管通过该处的电磁阀后与回收研磨微粒浓缩液管道连通。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型对于半导体制造中产生的研磨废水，经由处理回收装置将水回收再利用，同时也把研磨废水中的各种细微磨粒回收交给特定处理厂商精炼为有用的金属或原料。上述研磨废水处理回收装置与方法基于半导体制造所排放的研磨制程废水加以回收再利用，从而减少水资源的使用量、降低制造成本，并能提升企业善尽保护地球环境责任、符合政府环保法规的要求。

附图说明

图1为本实用新型的实施例中半导体研磨废水回收装置的流程步骤；

图2为本实用新型的实施例中半导体研磨废水回收装置操作方法的流程示意图；

图3为本实用新型的实施例中半导体研磨废水回收装置的结构示意图；

图4为本实用新型的的实施例中半导体研磨废水回收装置的圆管状过滤膜体组合结构示意图；

图5为本实用新型的的实施例中半导体研磨废水回收装置的圆管条状纤维膜纤维结构示意图。

图中：1、研磨废水回收装置；10、研磨废水回收装置的外壳主体；11、待过滤废水存储空间；12、研磨废水入口接管；13、研磨废水回流接管；14、压缩空气入口接管；15、排气阀接口；

20、过滤后回收水存储空间；21、回收水出口接管；

30、过滤膜纤维组件；31、握持环；311、圆管过滤膜纤维外壁；312、圆管过滤膜纤维内壁；313、经过圆管过滤膜纤维的回收水空间；314、圆管过滤膜纤维海绵结构孔洞管壁；32、圆柱形圆管过滤膜纤维管束33、圆柱形圆管过滤膜纤维管束头；34、保护外管；

40、污泥回收装置；41、回收研磨微粒浓缩液出口接管；

50、研磨制程废水收集管道；51、研磨制程废水控制回流管道；

60、回收水再利用管道；

61、回收研磨微粒浓缩液管道；

70、压缩空气管道；

71、压缩空气管道；

80、排气阀出口管道；

90、控制器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

综合背景技术中提出的问题本实用新型提供的一种半导体制造技术中研磨废水处理回收制程方法与其装置，研磨废水中以化学机械抛光制程的研磨废水，由于其水质中含有不同的化学成分与磨屑微粒，因此废水回收最为困难；本实施范例采用所述的化学机械抛光(CMP)制程的废水水质，其废水为取自台湾新竹科学园区之某12吋IC制造厂(A)与台南科学园区之某12吋IC制造厂(B)CMP废水，针对本实用新型的研磨废水处理回收装置与制程方法进行实验。

参阅图1至5，本实用新型提供一种技术方案：一种半导体制造研磨废水回收装置，包括研磨废水回收装置的外壳主体，所述外壳主体内设置有过滤膜纤维组件，外壳主体的侧壁与过滤膜纤维组件之间为待过滤废水存储空间，过滤膜纤维组件的顶端侧壁与外壳主体的侧壁之间为密封连接，外壳主体的内部顶端与过滤膜纤维组件的顶端之间为过滤后回收水存储空间，外壳主体的下部连通设置有污泥回收装置，外壳主体的侧壁下部分别设置有连通待过滤废水存储空间的研磨废水入口接管和压缩空气入口接管，外壳主体的侧壁上部分别设置有连通待过滤废水存储空间的研磨废水回流接管和排气接口，外壳主体的顶端设置有连通过滤后回收水存储空间的回收水出口接管，污泥回收装置的下端出口连通有回收研磨微粒浓缩液出口接管。

所述的回收水出口接管处分别连通有回收水再利用管道和压缩空气管道，所述的研磨废水入口接管、压缩空气入口接管、研磨废水回流接管、排气接口和回收研磨微粒浓缩液出口接管上均设置有用于接口通断的电磁阀，所述的回收水出口接管上连通的回收水再利用管道和压缩空气管道上也设置有电磁阀，所有的电磁阀均由控制器进行通断控制。

研磨废水入口接管通过该处的电磁阀后连通研磨制程废水收集管道，研磨制程废水收集管道，将制程设备排放端研磨废水与其它蚀刻或清洗的废水分别以专用管道连接到研磨废水处理回收装置或以存储容器收集再送至研磨废水处理装置，以便于集中处理，避免与其他制程酸废水、碱废水、有机溶剂废水、清洗废水等排放的废水混合，造成回收困难的情况。

研磨废水回流接管通过该处的电磁阀后与研磨废水入口接管处的电磁阀的进口端连通，研磨制程废水控制回流管道，于研磨废水处理回收装置进行过滤操作中，以回流控制阀调整待过滤废水存储空间的流量于压力差，过滤流量控制在10～22立方米/小时，最佳为20立方米/每小时；压差控制在1.0～3.0千克/平方厘米，最佳为2.0千克/平方厘米；上述操作于过滤面积为50平方米时，室内温度为摄氏26度。

回收水再利用管道，将研磨废水处理回收装置过滤后的回收水收集，送到超纯水系统反渗透膜流程的前端水槽，提供给超纯水系统作为再利用的水资源；回收水质已经足以提供在超纯水系统反渗透膜流程后端的去离子水合并使用，最佳为送到超纯水系统反渗透膜流程的前端水槽。

压缩空气入口接管通过该处的电磁阀后与压缩空气管道连通，

排气接口处的电磁阀为排气阀，排气接口通过排气阀连通排气阀出口管道，

回收研磨微粒浓缩液出口接管通过该处的电磁阀后与回收研磨微粒浓缩液管道连通，回收研磨微粒浓缩液管道，将研磨废水处理回收装置过滤后通过研磨污泥锥形回旋沉降装置，处理后的浓缩污泥加以收集送到污泥储槽，污泥中含有各种细微磨粒，本范例中含有：硅(Si)、铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)、钙(Ca)、镁(Mg)、铁(Fe)、氯(Cl)等及其他微粒，上述污泥可先脱水后交给合格资源回收厂商，依照其化学性质精炼或纯化，成为回收再利用的有用资源。

如图3至5，所述过滤膜纤维组件包括握持环、过滤膜纤维管束和保护外管，过滤膜纤维管束的管束头固定在握持环内，保护外管套设在过滤膜纤维管束外部，且保护外管的上端与握持环连接。

所述过滤膜纤维管束为圆管过滤膜纤维，圆管条状过滤膜的材质纤维为以聚乙烯醇(PVA)为基材的多孔海绵结构膜体，表面涂布聚合氟化物(PF)；将圆管条状纤维膜体集合成束以形成圆柱状，再以复数个圆柱状膜体集合成为圆柱状过滤膜体组合，前述圆柱状过滤膜体组合以金属网状结构的膜体保护外管固定。

所述的圆管过滤膜纤维的管壁为圆管过滤膜纤维海绵结构孔洞管壁，上述聚合氟化物为聚氟乙二烯(Polyvinylidene Fluoride PVDF)或聚四氟乙烯(Poly TetraFluoride Ethylene PTFE)或聚苯乙烯(PVS)，最佳为聚氟乙二烯(PVDF)；上述圆管过滤膜纤维海绵结构孔洞管壁结构为布满无数细微孔洞，其孔洞直径为0.005～1.0微米，以0.01～0.03微米为佳，最佳为0.02微米。

所述污泥回收装置为锥形回旋沉降装置。

如图1和2所示，一种半导体制造研磨废水回收装置的使用方法，

其步骤为：

(1)将半导体制造中切磨抛制程的废水，以研磨废水类别的专用管道集中排放或存储；

(2)将研磨废水引导注入研磨废水处理回收装置中的待过滤废水存储空间内；

(3)通过圆管条状过滤膜纤维，将水与研磨液中细微粒子滤除与水分离；

(4)引导回收水进入回收水管道送回再作水源使用；

(5)将沉淀的研磨细微粒子从锥形回旋沉降装置中排出；

(6)收集研磨细微粒子并加以脱水；

(7)依照其化学性质回收再利用或交给资源回收厂商精炼或纯化。

半导体制造中产生的切磨抛制程研磨废水收集方法为利用专用管道连接或存储容器中以便集中处理；

将制程设备排放端将研磨废水与其它蚀刻或清洗的废水分别以专用管道连接到研磨废水处理回收装置或以存储容器收集再送至研磨废水处理装置，以便于集中处理，避免与其他制程酸废水、碱废水、有机溶剂废水、清洗废水等排放的废水混合，造成回收困难的情况；

研磨细微粒子污泥通过脱水装置进行脱水处理；

回收的水资源提供到超纯水系统反渗透膜流程(Reverse Osmosis)的前端水槽、各种细微磨粒如硅、铜、铝、钨及其他微粒等回收后交给特定处理厂商分类精炼(Refine)或纯化(Purification)成为有用的原料，视实际需求而定，并不限于此叙述内容。

本实施范例所述化学机械抛光制程废水水质，即分别采自台湾新竹科学园区之某12吋厂(A)及台南科学园区之某12吋厂(B)CMP废水，将A与B混合水质检验项目及数值如下：

水质检测	数值	单位	水质检测	数值	单位
						pH	8.61		K	33.2	mg/L
导电度	139.2	μS/cm	Al	22.6	mg/L
						总碱度	51	mg/L@CaCO<sub>3</sub>	Cu	5.2	mg/L
TOC	18.6	mg/L	Ca	0.42	mg/L
						总固体量	1568	mg/L	Mg	0.33	mg/L
浊度	140	NTU	Fe	0.32	mg/L
						Si	695.6	mg/L	Cl	0.11	mg/L

本实施范例上述CMP废水样品通过所述的研磨废水回收装置，取得回收水再经检测其水质项目及数值如下：

水质检测	数值	单位	水质检测	数值	单位
						pH	8.56		K	0.2	mg/L
导电度	22.1	μS/cm	Al	＜0.01	mg/L
						总碱度	10.5	mg/L@CaCO<sub>3</sub>	Cu	＜0.01	mg/L
TOC	3.2	mg/L	Ca	＜0.01	mg/L
						总固体量	268	mg/L	Mg	＜0.01	mg/L
浊度	12	NTU	Fe	＜0.01	mg/L
						Si	20	mg/L	Cl	＜0.01	mg/L

就本实施范例前述的结果，本实用新型的半导体研磨废水回收装置与方法于实验中获得验证。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种半导体制造研磨废水回收装置，其特征在于：包括研磨废水回收装置的外壳主体，所述外壳主体内设置有过滤膜纤维组件，外壳主体的侧壁与过滤膜纤维组件之间为待过滤废水存储空间，过滤膜纤维组件的顶端侧壁与外壳主体的侧壁之间为密封连接，外壳主体的内部顶端与过滤膜纤维组件的顶端之间为过滤后回收水存储空间，外壳主体的下部连通设置有污泥回收装置，外壳主体的侧壁下部分别设置有连通待过滤废水存储空间的研磨废水入口接管和压缩空气入口接管，外壳主体的侧壁上部分别设置有连通待过滤废水存储空间的研磨废水回流接管和排气接口，外壳主体的顶端设置有连通过滤后回收水存储空间的回收水出口接管，污泥回收装置的下端出口连通有回收研磨微粒浓缩液出口接管。

2.根据权利要求1所述的一种半导体制造研磨废水回收装置，其特征在于：所述的回收水出口接管处分别连通有回收水再利用管道和压缩空气管道。

3.根据权利要求1所述的一种半导体制造研磨废水回收装置，其特征在于：所述过滤膜纤维组件包括握持环、过滤膜纤维管束和保护外管，过滤膜纤维管束的管束头固定在握持环内，保护外管套设在过滤膜纤维管束外部，且保护外管的上端与握持环连接。

4.根据权利要求3所述的一种半导体制造研磨废水回收装置，其特征在于：所述过滤膜纤维管束为圆管过滤膜纤维。

5.根据权利要求4所述的一种半导体制造研磨废水回收装置，其特征在于：所述的圆管过滤膜纤维的管壁为.圆管过滤膜纤维海绵结构孔洞管壁。

6.根据权利要求1所述的一种半导体制造研磨废水回收装置，其特征在于：所述污泥回收装置为锥形回旋沉降装置。

7.根据权利要求2所述的一种半导体制造研磨废水回收装置，其特征在于：所述的研磨废水入口接管、压缩空气入口接管、研磨废水回流接管、排气接口和回收研磨微粒浓缩液出口接管上均设置有用于接口通断的电磁阀，所述的回收水出口接管上连通的回收水再利用管道和压缩空气管道上也设置有电磁阀，所有的电磁阀均由控制器进行通断控制。

8.根据权利要求7所述的一种半导体制造研磨废水回收装置，其特征在于：

研磨废水入口接管通过该处的电磁阀后连通研磨制程废水收集管道，

研磨废水回流接管通过该处的电磁阀后与研磨废水入口接管处的电磁阀的进口端连通，

压缩空气入口接管通过该处的电磁阀后与压缩空气管道连通，

排气接口处的电磁阀为排气阀，排气接口通过排气阀连通排气阀出口管道，

回收研磨微粒浓缩液出口接管通过该处的电磁阀后与回收研磨微粒浓缩液管道连通。

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