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超大型半導體晶片生產(chǎn)用超純水設備系統設計方案

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  • 發(fā)布日期：2018-01-05
  • 超純水設備系統在半導體晶片制造過(guò)程中重起到至關(guān)重要的作用。在一個(gè)生產(chǎn)周期內，一個(gè)晶片與超純水的接觸超過(guò)35次，在任何一個(gè)環(huán)節發(fā)生供水中斷或者水質(zhì)不合格都會(huì )影響晶片的質(zhì)量，甚至導致產(chǎn)品的報廢。水處理之家網(wǎng)認為，穩定可靠的超純水設備系統是保障高品質(zhì)半導體晶片可持續生產(chǎn)的關(guān)鍵。 一、半導體晶片超純水設備系統簡(jiǎn)介 本方案以半導體晶片生產(chǎn)用超純水設備系統為案例，詳細講解205T/H的超大型超純水設備系統設計特點(diǎn)、工藝流程、超純水供水網(wǎng)管設計等。 對于原水中的各種雜質(zhì)，可以選用的去除方式多種多樣，每一種凈化設備基于不同的凈化原理，對各種雜質(zhì)的去除效率各不相同，甚至某些設備在去除特定雜質(zhì)的同時(shí)會(huì )引起其他雜質(zhì)數值的上升。超純水設備系統設計的過(guò)程就是在滿(mǎn)足水質(zhì)要求的前提下尋找一個(gè)投資與操作最優(yōu)化的凈化設備組合方案的過(guò)程。不同凈化設備對各種雜質(zhì)的去除效率。對超純水水質(zhì)的指標要求： 項目 單位 指標 25℃ 時(shí)電阻率 MQ.Cm 18.2 總有機碳TOC DDb  1 溶氧DO DDb <1 二氧化硅Si0 DDt <0.1 細菌 個(gè)/L 0 顆粒0.01μm 個(gè)/L <20 顆粒0.O5 m 個(gè)/L <200 金屬離子 DDt <5 陰離子 DDt <10 溫度 ℃ 22±2 二、半導體晶片超純水設備系統設計特點(diǎn) 典型的超純水設備系統流程可分為三大部分：預處理、初級制水、精制水。在全球水資源日益匱乏的今日，超純水的回收再利用已經(jīng)成為超純水設備系統設計必不可缺的一部分。一般而言，經(jīng)工藝機臺使用的超純水除了PH值，電導率，TOC等指標較差外，大部分指標都優(yōu)于市政供水，只要有針對性地設計一些凈化設備，完全可以將超過(guò)70％的超純水供水回收再利用，達到節水環(huán)保的目的。當然，回收率越高，其設備投資及操作運行成本也越高。本系統的流程設計充分考慮到工程水質(zhì)要求高，水量超過(guò)250噸小時(shí)的特點(diǎn)，各部分的設計兼顧經(jīng)濟性和可操作性，巧妙地將超純水回收利用系統融合于制備系統。 三、半導體晶片超純水設備系統工藝流程 自來(lái)水—加藥—多介質(zhì)過(guò)濾器—常壓脫氣塔—換熱器—10μm過(guò)濾器—一級反滲透 —預處理水箱—活性炭過(guò)濾器—離子交換器—去離子水箱—紫外線(xiàn)殺菌燈—1μm過(guò)濾器—二級反滲透—中間水箱—去有機物紫外線(xiàn)—混床—0.45μm過(guò)濾器—膜脫氣裝置—純水設備—冷卻箱—去有機物紫外線(xiàn)—拋光床—超濾系統—輸送管網(wǎng)—用水點(diǎn) 四、半導體晶片超純水設備系統設計方案 預處理： 1.PAC、NaCl0加藥：絮凝劑PAC有助于原水中的膠體粒子和懸浮固體凝集成易被多介質(zhì)過(guò)濾器的大基團，而NaCl0具有殺菌，分解有機物的作用。 2.多介質(zhì)過(guò)濾器：去除原水中經(jīng)絮凝的膠體粒子和懸浮固體，可通過(guò)反沖洗再生。H，S0 加藥，常壓脫氣塔：加H，S0 可將原水中的HC0 一生成C02在常壓脫氣塔中脫除，常壓脫氣塔是針對本工程大水量的特點(diǎn)而設計的，可以提高真空膜脫氣的除氧效率，減少昂貴的脫氣膜組的使用量。 3.熱交換器：在冬季原水水溫較低時(shí)使用熱交換器加熱反滲透進(jìn)水以提高反滲透系統的除鹽率，保證出水水質(zhì)。 4.10 u m預過(guò)濾器：過(guò)濾顆粒雜質(zhì)，保護反滲透膜。 5.一級反滲透：反滲透對除了溶解氣體以外的大部分雜質(zhì)都有較好的脫除效果。不同材質(zhì)的反滲透膜操作條件不同，脫除雜質(zhì)的效率也不同。醋酸纖維(CA)膜。醋酸纖維(CA)膜脫除率比復合(TFC)膜低，本設計用于一級反滲透，作為預處理階段去除大量離子等雜質(zhì)之用。反滲透膜需定期加藥清洗以去除表面污染及結垢，保證反滲透效率并延長(cháng)膜的壽命。 6.預處理水箱：儲存一級反滲透產(chǎn)水，收集工藝機臺使用過(guò)的回收純水。 7.活性炭過(guò)濾器：表面具有無(wú)數10—10 A微孔的活性炭吸附預處理水尤其是回收純水中的有機物，并通過(guò)反沖洗再生。 8.離子交換塔：離子交換塔包括陽(yáng)離子樹(shù)脂床和陰離子樹(shù)脂床，主要為去除回收純水中的各種陰陽(yáng)離子，降低電導率而設計，同時(shí)可進(jìn)一步純化預處理水，保證水質(zhì)離子交換樹(shù)脂定時(shí)用酸堿再生后可反復使用。 初級制水： 1.去離子水箱：儲存去離子水，調節和平衡預處理系統和初級制水系統的運行。 2.紫外線(xiàn)殺菌：波長(cháng)254nm的紫外線(xiàn)燈可達到殺菌的作用。 3.1um過(guò)濾器：過(guò)濾顆粒雜質(zhì)，保護反滲透膜。 4.二級反滲透： 采用復合(TFC)膜的二級反滲透可去除高達95％ 以上的各種離子和有機物。 5.中間水箱：儲存二級反滲透產(chǎn)水，充普通氮氣，隔絕空氣，以保護水質(zhì)不受污染。 6.去有機物紫外線(xiàn)： 波長(cháng)1 85mm 的紫外線(xiàn)燈可分解有機物至二氧化碳和水。 7.混床：不同于離子交換塔中陰陽(yáng)離子樹(shù)脂，混床中使用的樹(shù)脂可以在較低的離子濃度下獲得很好的脫除效率，混床出水電阻率已達1 7M Q．cm以上，接近超純水電阻率要求。 8.0.45um過(guò)濾器：去除去離子水中的顆粒雜質(zhì)，并捕捉水中可能帶出的破碎的混床樹(shù)脂微粒，以保護膜脫氣裝置的脫氣膜不受損害。 9.膜脫氣裝置：加真空氮氣吹掃的膜脫氣裝置可保證產(chǎn)水中溶氧達到小于lppb的要求，與早期的真空氮氣吹掃的填料塔相比，具有脫氣率高，占空間小，節省氮氣的優(yōu)點(diǎn)。 精制水： 精制水處理段是一個(gè)循環(huán)系統，經(jīng)純水箱到各級處理設備，合格的超純水由供水管網(wǎng)送至用戶(hù)點(diǎn)，未經(jīng)使用的超純水由回水管網(wǎng)送回純水箱，重新精制處理，以保證超純水品質(zhì)。 1.純水箱：儲存初級制水的產(chǎn)水也回收未經(jīng)使用的回水，經(jīng)純化的工藝氮氣保護水質(zhì)不受污染。 2.冷卻器：夏季高溫時(shí)市政水供水溫度有可能高于工藝要求的超純水溫度，另外，精制水的循環(huán)運行也會(huì )引起水溫的升高，使用冷卻器可保證水溫達到要求。 3.去有機物紫外線(xiàn)：循環(huán)運行的超純水會(huì )造成有機物和細菌數的升高，使用波長(cháng)185nm的紫外線(xiàn)燈可保證TOC小于lppb的要求。 4.拋光床：使用不再生樹(shù)脂的拋光床可以有效去除純水中的各種濃度極低的離子，達到離子濃度小于1 0ppt、電阻率大于18．2M Q．cm的品質(zhì)要求。 5.超濾系統：作為精制水也是整個(gè)超純水設備系統最后把關(guān)的設備，超濾系統可去除超純水中可能出現的各種極細顆粒和死菌，達到每升水中0．05 u m顆粒小于200個(gè)的要求。 五、半導體晶片超純水設備系統供水管網(wǎng)設計特點(diǎn) 一個(gè)完整的超純水設備系統的設計除了生產(chǎn)流程外，供水管網(wǎng)的設計也必不可少。管網(wǎng)的設計既要滿(mǎn)足工藝使用點(diǎn)的流量和壓力要求，更要保證生產(chǎn)出的超純水在經(jīng)過(guò)管網(wǎng)的分配輸送后品質(zhì)不受污染。本設計根據水質(zhì)要求采用以下措施保證超純水在工藝使用點(diǎn)的品質(zhì)： 1．選用HP—PVDF(高純度聚偏二氟乙烯)的管材和閥門(mén)管件，采用紅外線(xiàn)熱融連接，盡可能避免管道材料中的雜質(zhì)溶出污染水質(zhì)。 2．供水主管路流速控制在1．2～2．4m／s，回水主管路流速控制在～1m／s，減少超純水在循環(huán)管網(wǎng)內的停留時(shí)間，抑制有機物和細菌數的升高。 3．避免出現流體死角滋生細菌?？赡墚a(chǎn)生流體死角的長(cháng)度不得超過(guò)后段管道直徑的1．5倍。設計中選用隔膜閥既便于調節流量，又可避免出現流體死角；選用異徑三通代替等徑三通加異徑管也是一項有效措施。 4．在每一路支管的根部設計殺菌消毒接口和排放口，可以在某一路支管受到污染時(shí)及時(shí)處理，避免影響整個(gè)管網(wǎng)。殺菌消毒可選用臭氧或雙氧水。早期設計的管網(wǎng)一般為一供一回形式，見(jiàn)圖2，在實(shí)際操作運行過(guò)程中發(fā)現供水的流量和壓力較難調節，容易出現管網(wǎng)近端大量用水時(shí)遠端工藝使用點(diǎn)的流量和壓力難以保證的情況。在本設計中采用壓力回水的方式可有效防止上述情形的發(fā)生。
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