臺灣博碩士論文加值系統

晶背研磨廢水中含有大量不易沉降且高穩定性之奈米級懸浮顆粒，因而造成濁度偏高以及處理效益不彰。晶背研磨廢水常產生大量的污泥、加藥量難以控制、用電量大幅提升、回收效果不彰及增加成本等問題，以至於不符合經濟效益且無法有效控制。電混凝法是一種高效率但低耗能的廢水處理方式，但在產業實際應用上，其處理效率往往沒有預期般理想。本研究採取半導體廠製程廢水，探討pH值、電混凝時間、超音波功率及超音波時間對廢水電混凝處理效率之影響，藉此尋找廢水最適之處理條件，以達到處理水回收再利用的目標。
研究結果顯示，晶背研磨廢水經超音波後電混凝之廢水濁度下降趨勢明顯。廢水未經超音波電混凝，其原廢水濁度由原先 1380 ~ 1870 NTU下降至 123 ~212 NTU；經超音波1分鐘、145W後，原廢水濁度由原先 1380 ~ 1870 NTU下降至 3 ~ 4 NTU；經超音波1分鐘、195W後，原廢水濁度由原先 1380 ~ 1870 NTU下降至 5 ~ 6 NTU；經超音波1分鐘、235W後，原廢水濁度由原先 1380 ~ 1870 NTU下降至 5 ~ 6 NTU；經超音波電混凝後之濁度去除率皆高達 99 %。並且，經由田口實驗設計與變異數分析，可推估此晶背研磨廢水濁度處理之最佳操作條件為：晶背研磨廢水pH值為 11、電混凝時間為 90 分鐘、超音波功率為 145 W、超音波時間為 1 分鐘。

A large amount of nano-particles were stability state in backside grinder wastewater to include massive is not easy to subside also the high stability. Therefore, it caused high turbidity and decreased the efficiency of treatment. Hence, some problems occur: the producing of great amount of sludge, the difficulty of dosage, the substantial increase of electricity consumption, the negative effects of recycling, and the increase of cost. These problems cause to such an extent of economic benefits that it cannot be effectively controlled. The electrocoagulation treatment the wastewater processing way which one kind of high efficiency but lowly consumes energy. In the industry practical application, electrocoagulation treatment the wastewater processing efficiency often does not have anticipated to be ideal. This research adopts the semiconductor factory system regulation wastewater, discusses the pH value, the electrocoagulation time, the supersonic wave power and the supersonic wave time to influence the wastewater and electricity coagulation processing efficiency. This research to chase up the most suitable process condition of wastewater, and achieves the goal of recyling of backside grinder wastewater.
Findings demonstration, the backside grinder wastewater first passes through the ultrasonic afterwards electrocoagulation processing, and the wastewater turbidity obviously drops. Wastewater treatment by electrocoagulation without ultrasonic, its original wastewater turbidity drops by originally 1,380 ~ 1,870 NTU to 123 ~212 NTU. As the wastewater is ultrasonicated for 1 minute and 145W, its original wastewater turbidity drops by originally 1,380 ~ 1,870 NTU to 3 ~ 4 NTU. As the wastewater is ultrasonicated for ultrasonic 1 minute and 195W, its original wastewater turbidity drops by originally 1,380 ~ 1,870 NTU to 5 ~ 6 NTU. As the wastewater is ultrasonicated for ultrasonic 1 minute and 235W, its original wastewater turbidity drops by originally 1,380 ~ 1,870 NTU to 5 ~ 6 NTU. Turbidity removing rate reaches as high as 99 % after the ultrasonic and electrocoagulation. By way of Taguchi methods and analysis of variance, we may push estimate the best operating condition of this backside grinder wastewater are: the backside grinder wastewater pH value is 11, the electrocoagulation time is 90 minute, the ultrasonic power is 145 W and the ultrasonic time is 1 minute.

目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
誌 謝 IV
目 錄 V
圖目錄 VII
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1 研究緣起及背景 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 研究架構與流程 3
第二章 理論基礎與文獻回顧 5
2.1 半導體晶背研磨簡介 5
2.1.1 半導體製程簡介 5
2.1.2 晶背研磨原理及設備流程 7
2.1.3 晶背研磨特性組成分析 9
2.1.4 半導體製造業廢水處理技術 13
2.2 電混凝相關理論及技術之介紹與應用 14
2.2.1 混凝機制 14
2.2.2 電解氧化反應之原理 23
2.2.3 法拉第定律 24
2.2.4 電混凝方法與原理 25
2.2.5 電混凝技術在半導體工業的發展與應用 29
2.3 超音波相關理論 30
2.3.1 超音波原理與特性 30
2.3.2 超音波於環境工程上之應用 32
第三章 研究設備及方法 35
3.1 實驗對象及廢水來源 35
3.2 實驗設備及儀器 36
3.3 實驗流程與方法 42
3.4 實驗設計 45
3.4.1 實驗設計概論 45
3.4.2 實驗設計之分析 47
3.4.3 田口式實驗設計－直交表 52
第四章 結果與討論 59
4.1 晶背研磨廢水水質基本特性及相關分析 59
4.1.1 晶背研磨廢水水質基本特性及組成分析 59
4.1.2 晶背研磨廢水粒徑分析 62
4.1.3 晶背研磨廢水界達電位分析 62
4.1.4 固粒性質分析 64
4.2 田口實驗設計法L9直交表數據分析 67
4.2.1 濁度之特性值分析 67
4.2.2 變異數分析 71
4.2.3 實驗結果之再現性 74
4.3 超音波對晶背研磨廢水電混凝濁度之影響評估 76
第五章 結論與建議 79
5.1 結論 79
5.2 建議 80
參考文獻 81

圖目錄
圖 1.1 研究架構流程圖 4
圖 2.1 半導體元件製造流程圖 6
圖 2.2 晶圓拋光製程示意圖 8
圖 2.3 電荷之中和 15
圖 2.4 聚合物與膠體粒子吸附反應 19
圖 2.5 電化學反應示意圖 23
圖2.6負電粒子界達電位與電雙層示意圖 26
圖 2.7 膠體粒子間能障示意圖 27
圖 2.8 超音波所致的液中壓力變化 31
圖 2.9 空化現象模型圖 32
圖 2.10 電極表面擴散層與本體溶液間放電示意圖 34
圖 3.1 晶背研磨廢水 36
圖 3.2 超音波晶背研磨廢水及電混凝實驗流程示意圖 37
圖 3.3 超音波晶背研磨廢水及電混凝實驗圖 38
圖 3.4 超音波震盪器 39
圖 3.5 濁度計 40
圖 3.6 導電度計 / PH計 / 溫度計 41
圖 3.7 感應式耦合電漿原子光譜儀 ( ICP ) 42
圖 3.8 研究架構流程圖 44
圖 4.1 晶背研磨廢水粒徑分析 62
圖 4.2 表面界達電位分析儀 63
圖 4.3 界達電位與PH值之關係 64
圖 4.4 晶背研磨廢水固粒表面之SEM顯微相片 65
圖 4.5 超音波晶背研磨廢水經電混凝處理後，固粒表面之SEM顯微相片 66
圖 4.6 廢水PH值 ( 因子A ) 對濁度之回應圖 69
圖 4.7 電混凝時間 ( 因子B ) 對濁度之回應圖 69
圖 4.8 超音波功率 ( 因子C ) 對濁度之回應圖 70
圖 4.9 超音波時間 ( 因子D ) 對濁度之回應圖 70
圖4.10各因子貢獻度之比較圖 74
圖 4.11 超音波功率對電混凝後廢水濁度之影響 77
圖 4.12 不同能量密度之廢水處理前後濁度比較圖 78

表目錄
表 2.1 晶背研磨與化學機械研磨之水質特性分析 10
表 2.2 晶背研磨及化學機械研磨混合廢水元素濃度 11
表 2.3 超微粒子的物性與其可能的用途 12
表 2.4 金屬鹽類混凝劑去除穩定機制與各影響因素之關係 16
表 2.4 ( 續 1. ) 金屬鹽類混凝劑去除穩定機制與各影響因素之關係 17
表 2.5 電混凝處理之相關研究 20
表 2.5 ( 續 1. ) 電混凝處理之相關研究 21
表 2.5 ( 續2. ) 電混凝處理之相關研究 22
表 3.1 二因子設計變異數分析表 48
表 3.2 L9直交表配置 50
表 3.3 L9直交表回應值 51
表 3.4 電混凝晶背研磨廢水之L9直交表配置 55
表 3.5 電混凝晶背研磨廢水之實際操作條件參數 55
表 4.1 半導體廢水水質基本特性比較表 60
表 4.2 晶背研磨廢水組成分析表 61
表 4.3 L9直交表配置之實驗結果 67
表 4.4 各因子與水準對於濁度S/N比之回應值 68
表 4.5 各因子之變異數分析表 73
表 4.6 濾液濁度品質特性理論推估值與確認實驗值之比較 76
表 4.7 不同水樣體積之能量密度及廢水處理前後濁度比較表 77

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