超大型半導(dǎo)體晶片生產(chǎn)用超純水設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

超純水設(shè)備系統(tǒng)在半導(dǎo)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(nèi)，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(jié)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(dǎo)致產(chǎn)品的報(bào)廢。水處理之家網(wǎng)認(rèn)為，穩(wěn)定可靠的超純水設(shè)備系統(tǒng)是保障高品質(zhì)半導(dǎo)體晶片可持續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵。

一、半導(dǎo)體晶片超純水設(shè)備系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本方案以半導(dǎo)體晶片生產(chǎn)用超純水設(shè)備系統(tǒng)為案例，詳細(xì)講解205T/H的超大型超純水設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)、工藝流程、超純水供水網(wǎng)管設(shè)計(jì)等。

對(duì)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(shè)備基于不同的凈化原理，對(duì)各種雜質(zhì)的去除效率各不相同，甚至某些設(shè)備在去除特定雜質(zhì)的同時(shí)會(huì)引起其他雜質(zhì)數(shù)值的上升。超純水設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程就是在滿足水質(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(shè)備組合方案的過(guò)程。不同凈化設(shè)備對(duì)各種雜質(zhì)的去除效率。對(duì)超純水水質(zhì)的指標(biāo)要求：

二、半導(dǎo)體晶片超純水設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

典型的超純水設(shè)備系統(tǒng)流程可分為三大部分：預(yù)處理、初級(jí)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(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)必不可缺的一部分。一般而言，經(jīng)工藝機(jī)臺(tái)使用的超純水除了PH值，電導(dǎo)率，TOC等指標(biāo)較差外，大部分指標(biāo)都優(yōu)于市政供水，只要有針對(duì)性地設(shè)計(jì)一些凈化設(shè)備，完全可以將超過(guò)70％的超純水供水回收再利用，達(dá)到節(jié)水環(huán)保的目的。當(dāng)然，回收率越高，其設(shè)備投資及操作運(yùn)行成本也越高。本系統(tǒng)的流程設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)兼顧經(jīng)濟(jì)性和可操作性，巧妙地將超純水回收利用系統(tǒng)融合于制備系統(tǒng)。

三、半導(dǎo)體晶片超純水設(shè)備系統(tǒng)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(jí)反滲透 —預(yù)處理水箱—活性炭過(guò)濾器—離子交換器—去離子水箱—紫外線殺菌燈—1μm過(guò)濾器—二級(jí)反滲透—中間水箱—去有機(jī)物紫外線—混床—0.45μm過(guò)濾器—膜脫氣裝置—純水設(shè)備—冷卻箱—去有機(jī)物紫外線—拋光床—超濾系統(tǒng)—輸送管網(wǎng)—用水點(diǎn)

四、半導(dǎo)體晶片超純水設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

預(yù)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(tuán)，而NaCl0具有殺菌，分解有機(jī)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(duì)本工程大水量的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)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(tǒng)的除鹽率，保證出水水質(zhì)。

4.10 u m預(yù)過(guò)濾器：過(guò)濾顆粒雜質(zhì)，保護(hù)反滲透膜。

5.一級(jí)反滲透：反滲透對(duì)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(fù)合(TFC)膜低，本設(shè)計(jì)用于一級(jí)反滲透，作為預(yù)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(jié)垢，保證反滲透效率并延長(zhǎng)膜的壽命。

6.預(yù)處理水箱：儲(chǔ)存一級(jí)反滲透產(chǎn)水，收集工藝機(jī)臺(tái)使用過(guò)的回收純水。

7.活性炭過(guò)濾器：表面具有無(wú)數(shù)10—10 A微孔的活性炭吸附預(yù)處理水尤其是回收純水中的有機(jī)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)離子樹脂床和陰離子樹脂床，主要為去除回收純水中的各種陰陽(yáng)離子，降低電導(dǎo)率而設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)一步純化預(yù)處理水，保證水質(zhì)離子交換樹脂定時(shí)用酸堿再生后可反復(fù)使用。

初級(jí)制水：

1.去離子水箱：儲(chǔ)存去離子水，調(diào)節(jié)和平衡預(yù)處理系統(tǒng)和初級(jí)制水系統(tǒng)的運(yùn)行。

2.紫外線殺菌：波長(zhǎng)254nm的紫外線燈可達(dá)到殺菌的作用。

3.1um過(guò)濾器：過(guò)濾顆粒雜質(zhì)，保護(hù)反滲透膜。

4.二級(jí)反滲透： 采用復(fù)合(TFC)膜的二級(jí)反滲透可去除高達(dá)95％ 以上的各種離子和有機(jī)物。

5.中間水箱：儲(chǔ)存二級(jí)反滲透產(chǎn)水，充普通氮?dú)?，隔絕空氣，以保護(hù)水質(zhì)不受污染。

6.去有機(jī)物紫外線： 波長(zhǎng)1 85mm 的紫外線燈可分解有機(jī)物至二氧化碳和水。

7.混床：不同于離子交換塔中陰陽(yáng)離子樹脂，混床中使用的樹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(dá)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脂微粒，以保護(hù)膜脫氣裝置的脫氣膜不受損害。

9.膜脫氣裝置：加真空氮?dú)獯祾叩哪っ摎庋b置可保證產(chǎn)水中溶氧達(dá)到小于lppb的要求，與早期的真空氮?dú)獯祾叩奶盍纤啾龋哂忻摎饴矢?，占空間小，節(jié)省氮?dú)獾膬?yōu)點(diǎn)。

精制水：

精制水處理段是一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)純水箱到各級(jí)處理設(shè)備，合格的超純水由供水管網(wǎng)送至用戶點(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(chǔ)存初級(jí)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?dú)獗Ｗo(hù)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(yùn)行也會(huì)引起水溫的升高，使用冷卻器可保證水溫達(dá)到要求。

3.去有機(jī)物紫外線：循環(huán)運(yùn)行的超純水會(huì)造成有機(jī)物和細(xì)菌數(shù)的升高，使用波長(zhǎng)185nm的紫外線燈可保證TOC小于lppb的要求。

4.拋光床：使用不再生樹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(dá)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(tǒng)：作為精制水也是整個(gè)超純水設(shè)備系統(tǒng)最后把關(guān)的設(shè)備，超濾系統(tǒng)可去除超純水中可能出現(xiàn)的各種極細(xì)顆粒和死菌，達(dá)到每升水中0．05 u m顆粒小于200個(gè)的要求。

五、半導(dǎo)體晶片超純水設(shè)備系統(tǒng)供水管網(wǎng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

一個(gè)完整的超純水設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)除了生產(chǎn)流程外，供水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)也必不可少。管網(wǎng)的設(shè)計(jì)既要滿足工藝使用點(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(shè)計(jì)根據(jù)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)的管材和閥門管件，采用紅外線熱融連接，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(nèi)的停留時(shí)間，抑制有機(jī)物和細(xì)菌數(shù)的升高。

3．避免出現(xiàn)流體死角滋生細(xì)菌。可能產(chǎn)生流體死角的長(zhǎng)度不得超過(guò)后段管道直徑的1．5倍。設(shè)計(jì)中選用隔膜閥既便于調(diào)節(jié)流量，又可避免出現(xiàn)流體死角；選用異徑三通代替等徑三通加異徑管也是一項(xiàng)有效措施。

4．在每一路支管的根部設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的管網(wǎng)一般為一供一回形式，見圖2，在實(shí)際操作運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)供水的流量和壓力較難調(diào)節(jié)，容易出現(xiàn)管網(wǎng)近端大量用水時(shí)遠(yuǎn)端工藝使用點(diǎn)的流量和壓力難以保證的情況。在本設(shè)計(jì)中采用壓力回水的方式可有效防止上述情形的發(fā)生。