1、专利创制背景
电子行业在晶圆清洗制程中采用硫酸及双氧水混合溶液作为清洗剂，用于去除晶圆表面有机物及残留金属，其中硫酸浓度在40% ~ 75%，双氧水则在1% ~ 10%。清洗后废液中仍保有高浓度的硫酸及双氧水，而由于两者的化学特性，硫酸将与双氧水产生过一硫酸结构，在此结构下的双氧水将难以自行降解，当接触到高温时将缓慢释放氧气，具有爆炸的风险。
为杜绝上述风险，酸性清洗剂须将过一硫酸结构破坏，将双氧水还原为氧气及水。目前普遍采用的处理方法为批次盐酸/硝酸氧化法，透过高浓度盐酸/硝酸添加于酸性清洗剂中，并加热溶液，产生次氯酸及氯气/二氧化氮等具高度氧化性物质，与溶液中双氧水进行反应，最终将双氧水浓度降低至 500 mg/L以下，以达到委外清运标准。
批次盐酸/硝酸氧化法存在以下缺点：（1）盐酸/硝酸添加量大，需要添加双氧水浓度的10 %~ 50 %；（2）盐酸/硝酸所产生的次氯酸及氯气/二氧化氮等具有高度氧化性物质，对于设备材质及施工质量高，常导致设备管道衔接处发生泄漏；（3）盐酸/硝酸氧化法在废液残留大量氯离子以及硝酸根离子，造成废液二次污染；（4）批次法反应效率低，使得同占地面积下，单位处理废液量远低于连续处理工艺，其处理量可差至2倍以上，同时也增加工艺系统建设成本。
因此，发明一种低成本、高效率的电子废液双氧水去除剂及处理双氧水的方法十分重要。
2、专利解决问题、成果转化和应用效果
采用本专利双氧水去除组合工艺及去除药剂，可在常压条件下高效去除电子行业高浓废硫酸中的过氧化氢，实现硫酸再生回用。与委外处置相比，解决了有价化学品浪费、委外处置费用高及危险性大的关键问题。
本专利针对硫酸腐蚀反应器问题，设计碳化硅微通道热回收反应装置，内部倒三角结构可避免高浓度硫酸及过氧化氢之侵蚀。同时碳化硅材质导热系数高，可将反应温度维持125℃，使过氧化氢快速分解，反应时间由30~60分钟降低至2分钟，并大幅减少反应设备体积，增加处理量。
本专利提供的一种双氧水去除剂为活性金属，可取代硝酸/盐酸以及重金属盐类作为反应药剂，投加量小于5mg/L，远低于常规重金属所需之30mg/L~400mg/L以及硝酸/盐酸所需之1000mg/L~10000mg/L，可大幅降低药剂投加成本。
目前，专利内容已应用于青岛某芯片厂和上海某芯片厂。
青岛某芯片厂工程类型为EPC，总项目金额约1.3亿元。本专利支撑的硫酸废液再生回用工艺系统约占300万以上，提供的双氧水去除药剂销售预计每年20万以上。
上海某芯片厂工程类型为EPC，总项目金额约1.2亿元。本专利支撑的硫酸废液再生回用工艺系统约占800万以上，提供的双氧水去除药剂销售预计每年60万以上。
每吨硫酸再生后的经济效益为220~380元，加上委外处置的费用减少，可达到每吨酸2200元以上的经济效益。以上海某厂为例，每天36吨硫酸废液处理费，若委外清运每年需要3350万元的处置费及硫酸采购费，若采用资源化工艺，每年可节省2990万元的处置费及硫酸采购费，经济效益显著。
3、主要发明人员介绍
申季刚，2021年加入公司，作为工业废水处理及资源化研究室主管，曾主导《电子行业典型废液低碳减排与资源回收成套技术》课题开发。工作以来，基于专业知识和工作经验，为大量客户在废液资源化、电子行业重金属废水处理、膜浓缩及零排放等方面提供技术指导。
4、发明者说
电子行业晶圆清洗过程中会产生大量40~75 wt%硫酸废液，其中含有1~10 wt%的过氧化氢。高浓度的硫酸及过氧化氢不仅氧化腐蚀性强，同时也会持续降解产生大量氧气，需要消耗大量能源及化学品稳定处理其中的危险物质。以30K产能的半导体客户为例，一年将产生9000吨以上的废弃硫酸，每年委外处置的成本居高不下。而去除强酸中双氧水的技术在大陆地区仍处于起步阶段，均由国外企业和台湾企业掌握。因此，急需建立一种废酸处置及回收平台以填补内地技术空白，为客户提供高效、低成本的解决方案。
基于大量文献调研和小试试验，研发团队开发出一种稀有金属催化技术，可有效避免废硫酸处置和再生过程中造成二次污染的问题，同时降低加药量。与常见的盐酸/硝酸法对比，催化剂引入硫酸中的稀有金属浓度低于5mg/L，不受硫酸相关国标规范限制。通过差异化的技术路线与竞争对手拉开差距，提高公司的核心产品力。基于此技术内容，研发团队提炼了组合工艺和双氧水去除剂的发明点，形成该发明专利并获得授权，为公司在电子废液资源化领域提供后续指导。
来 源｜桑达股份
编 辑｜于寅虎、邓晨啸
审 核｜科技发展部
