氧化層化學機械研磨漿液之水質特性

4.1.1 氧化層化學機械研磨廢水與人工原水之比較

本研究依據其氧化層化學機械研磨廢水本身的特性，利用氧化層研磨液來配 製並模擬實廠的氧化層化學機械研磨廢水，其實廠 CMP 廢水與人工配製之原水 的比較如表4.1。

實廠的CMP廢水的pH值偏鹼性，約為 7.8 ~ 9 之間，而本研究的人工原水是 利用氧化層的研磨漿液所配製而成的，其研磨漿液之初始pH值約為 9.8 ~ 10.5，

所以配製出的人工原水pH值較實廠CMP廢水高，其值約為 9.0 ~ 9.5 左右；另外在 導電度方面，人工原水的導電度值較實廠CMP廢水低；人工原水的濁度是依據 CMP廢水的標準來進行配製，所以兩者的濁度值並不會相差太多，大約在 150 ~ 300 NTU之間；此外，濁度與總矽濃度之間的關係是呈一個比例存在，所以人工 原水的總矽濃度值就落於依所配製的濁度範圍而定，兩者的總矽濃度皆為 430 ~ 930 mg/L as SiO2之間；其中的矽酸濃度值約為40 ~ 95 mg/L左右；另外，因為水 中主要存在的物種皆為silica顆粒，所以水中顆粒皆帶負電且電位值也相同，其值 為-53.0 ~ -63.5 mV。

而實廠 CMP 廢水之導電度及顆粒粒徑皆大於人工原水，其主要原因為研磨 漿液在研磨過程中，已被添加許多其他的物質，甚至會與他股廢水合流一併排 放，因此造成導電度的提高；導電度的增加，可能會造成電雙層壓縮，使顆粒更 容易產生聚集，因此才造成顆粒粒徑增大的情形發生。另外，因為 CMP 廢水中 有較多鹽類存在造成導電度較高的緣故，使得 CMP 廢水中矽酸的溶解度降低，

因此對於單純利用研磨漿液所配製出的人工原水的矽酸濃度值是會比實廠 CMP

表4.1 氧化層化學機械研磨廢水與人工原水特性之比較 之間。此研磨漿液是以氫氧化鉀(KOH)或氨水(NH4OH)等鹼性溶液將其pH值調至 鹼性範圍，pH值約為 10 ~ 11 左右，此時水中的OH^-離子會與研磨砥粒或二氧化

果，所以使得顆粒表面電位越趨於電中性，當 pH 值約為 3.1 左右時之顆粒表面 電位接近於等電點(IEP)，此時顆粒間由表面電位所產生之靜電斥力最小，相對的 顆粒間的穩定性也就越差，因此粒子間可能會彼此產生聚集，形成聚集物而沈降 下來，且二氧化矽顆粒表面上的矽烷可與水分子結合，凝集成短鏈的結構，經一 段時間的靜置後，將會聚集成網狀結構的聚集體(Agglomerate)，甚至形成凝膠 (Gel)，聚集體夠大時甚至會沈降下來；相反的，當水體環境偏向鹼性時，則顆粒 表面的表面電位則會持續的下降，但於高 pH 值下的界達電位會趨於平緩，約維 持在-53 mV 左右的範圍。

pH

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Zeta potential (mV)

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10

Isoelectric point

圖4.1 化學機械研磨人工廢水中 silica 之界達電位與 pH 值之關係 (原水初始 pH 9.3)