申请日2004.04.28
公开(公告)日2006.05.31
IPC分类号C02F1/469; C02F1/42; C02F1/66; C02F1/46; C02F1/72; C02F1/52
摘要
本发明涉及从含有铜的各种废水中除去和回收金属例如铜的方法及设备。处理废水的方法包括在包括电渗析操作和电解沉积操作组合的铜处理步骤(10)中处理废水，以产生铜浓度降低的处理水(107)，然后从该废水中回收铜。
权利要求书
1.含铜废水的处理方法，其包括：
在包括电渗析操作和电解沉积操作组合的铜处理步骤中处理废 水，产生铜浓度降低的处理水;以及
从该废水中回收铜。
2.含铜废水的处理方法，其包括：
在氧化剂分解步骤中分解废水中的氧化剂;
将从所述氧化剂分解步骤排放出的废水供应给铜处理步骤;
在包括电渗析操作和电解沉积操作组合的所述铜处理步骤中处 理废水，产生铜浓度降低的处理水;以及
从该废水中回收铜。
3.根据权利要求2所述的废水处理方法，其中所述氧化剂分解 步骤使用涂覆铂的催化剂。
4.根据权利要求2或3所述的废水处理方法，其中所述氧化剂 分解步骤包括过氧化氢分解步骤。
5.根据权利要求1至4任何一项所述的废水处理方法，其中所 述从废水中回收的铜包括铜金属。
6.根据权利要求3或4所述的废水处理方法，其进一步包括从 废水中分离浆料的浆料分离步骤，所述浆料分离步骤提供在所述氧化 剂分解步骤和所述铜处理步骤之间。
7.根据权利要求6所述的废水处理方法，其中所述浆料分离步 骤包括凝结分离处理或过滤处理。
8.根据权利要求1至7任何一项所述的废水处理方法，其中所 述铜处理步骤包括通过电渗析操作分离并浓缩废水中的铜以作为 CuSO4浓缩水的分离步骤;通过对所述CuSO4浓缩水的电解沉积操作 在电解沉积装置的阴极上沉积铜的回收步骤;以及从所述回收步骤的 处理水中回收硫酸的酸回收步骤。
9.根据权利要求1至8任何一项所述的废水处理方法，其进一 步包括提供在所述铜处理步骤之前的ζ电势转化步骤;
其中通过所述ζ电势转化步骤处理含有固体细颗粒的废水。
10.根据权利要求1至8任何一项所述的废水处理方法，其中当 所述细颗粒的ζ电势是负值时，直接将所述含有固体细颗粒的废水引 入所述铜处理步骤中。
11.根据权利要求9所述的废水处理方法，其中在所述ζ电势转 化步骤中，向废水中加入具有磺基的有机化合物。
12.根据权利要求9或10所述的废水处理方法，其中所述固体 细颗粒包括在CMP步骤中使用的研磨剂颗粒。
13.根据权利要求12所述的废水处理方法，其中所述研磨剂颗 粒包含SiO2、Al2O3和CeO2中的至少一种。
14.根据权利要求9或12或13所述的废水处理方法，其中在所 述ζ电势转化步骤中，向废水中加入表面活性剂或pH调节剂。
15.含铜废水的处理方法，其包括：
在包括电渗析操作和电解沉积操作组合的铜处理步骤中处理废 水，产生铜浓度降低的处理水，所述废水包括从用来抛光其上具有铜 层的半导体衬底的CMP步骤和/或使用清洗液体清洗抛光的半导体衬 底的清洗步骤中排放的废水;以及
从该废水中回收铜。
16.根据权利要求15所述的废水处理方法，其中所述从废水中 回收的铜包括铜金属。
17.根据权利要求15所述的废水处理方法，其进一步包括提供 在所述铜处理步骤之前的ζ电势转化步骤。
18.根据权利要求15所述的废水处理方法，其进一步包括在所 述铜处理步骤之前的ζ电势转化步骤，
其中通过所述ζ电势转化步骤处理包含固体细颗粒的废水。
19.根据权利要求17或18所述的废水处理方法，其中在所述ζ 电势转化步骤中，向废水中加入表面活性剂或pH调节剂。
20.根据权利要求14或19所述的废水处理方法，其中所述表面 活性剂包括阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂。
21.根据权利要求20所述的废水处理方法，其中所述阴离子表 面活性剂不含金属阳离子。
22.根据权利要求18至21任何一项所述的废水处理方法，其中 所述固体细颗粒包括研磨剂颗粒，并且所述研磨剂颗粒包含SiO2、 Al2O3和CeO2中的至少一种。
23.根据权利要求15至20任何一项所述的废水处理方法，其中 所述清洗步骤中的清洗液体包含表面活性剂。
24.含铜废水的处理方法，其包括：
将废水引入ζ电势转化步骤，将废水中的固体细颗粒的ζ电势转 化成负值，所述废水包括从用来抛光半导体衬底的CMP步骤，所述 半导体衬底上具有铜层和/或使用清洗液体清洗抛光的半导体衬底的 清洗步骤中排放的废水;以及
在离子交换处理步骤中处理含有所述细颗粒的废水，产生铜浓度 降低的处理水。
25.根据权利要求24所述的废水处理方法，其进一步包括提供 在所述离子交换处理步骤之前的氧化剂分解步骤。
26.含铜废水的处理方法，其包括：
将废水引入ζ电势转化步骤，将废水中的固体细颗粒的ζ电势转 化成负值，所述废水包括从用来抛光其上具有铜层的半导体衬底的 CMP步骤和/或使用清洗液体清洗抛光的半导体衬底的清洗步骤中排 放的废水;以及
在凝结沉淀处理步骤或者凝结分离处理步骤中处理含有所述细 颗粒的废水，产生铜浓度降低的处理水。
27.根据权利要求26所述的废水处理方法，其进一步包括提供 在所述凝结沉淀处理步骤或者所述凝结分离处理步骤之前的氧化剂 分解步骤。
28.含铜废水的处理方法，其包括：
处理仅从CMP步骤中的铜抛光步骤中排放的废水，产生铜浓度 降低的处理水。
29.根据权利要求28所述的废水处理方法，其中所述废水处理 包括电渗析处理、电解沉积处理、离子交换处理和凝结沉淀处理中的 至少一种。
30.含铜废水的处理设备，其包括：
电渗析装置;以及
电解沉积装置;
其中通过所述电渗析装置和所述电解沉积装置的组合处理废水， 产生铜浓度降低的处理水并且回收铜。
31.根据权利要求30所述的废水处理设备，其中所述从废水中 回收的铜包括铜金属。
32.根据权利要求30所述的废水处理设备，其中所述电渗析装 置进行废水的电渗析操作，分离并浓缩废水中的铜以作为CuSO4浓 缩水;
所述电解沉积装置进行CuSO4浓缩水的电解沉积操作，以在所 述电解沉积装置的阴极上沉积铜;
其进一步包括：
用于从所述电解沉积装置排放的处理水中回收硫酸的酸回收装 置。
33.根据权利要求32所述的废水处理设备，其中所述电渗析装 置具有用离子交换剂填充的脱盐室。
34.根据权利要求30至33任何一项所述的废水处理设备，其进 一步包括提供在所述电渗析装置之前的ζ电势转化装置。
35.根据权利要求34所述的废水处理设备，其中所述ζ电势转 化装置包括设置为储备表面活性剂或pH调节剂的化学储罐，和设置 为将储备在所述化学储罐中的所述表面活性剂或所述pH调节剂加入 到废水中的添加装置。
36.根据权利要求35所述的废水处理设备，其中所述表面活性 剂包含阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂。
37.根据权利要求36所述的废水处理设备，其中所述阴离子表 面活性剂不含金属阳离子。
说明书
废水处理的方法和设备
技术领域
本发明涉及从各种待处理的废水中除去和回收金属如铜的方法和设备。
背景技术
在处理含有重金属的废水，例如电镀中产生的废水、半导体器件制造过程中产生的废水、印刷电路板制造中产生的废水，或者采矿中产生的废水的情况中，已经要求从废水中除去重金属并且根据需要回收重金属。
举例来说，在半导体器件如半导体集成电路的制造过程中，对具有更精细的互连或元件的半导体器件的需求近年来已经增加，由此导致因互连电阻引起信息延迟的问题。为了解决该问题，用铜代替铝或钨来互连。
具体地说，附着半导体芯片，例如中央处理器(CPU)或动态随机存储器(DRAM)已经变得更加高度集成化，半导体芯片中用于互连，特别是用于最小宽度为0.13微米或更小的互连的材料已经从铝变成电阻低于铝的铜。在半导体芯片中蚀刻铜层从而在半导体芯片中形成图案是困难的。因此，当在半导体芯片中使用铜来互连时，通过镶嵌过程用铜镀覆半导体衬底从而在半导体衬底上沉积铜层，然后，通过化学机械抛光(CMP)或者电化学抛光(ECP)抛光所述铜层的表面，在半导体衬底上形成互连。
