半導(dǎo)體行業(yè)超純水處理系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

袁帥

摘? ?要：隨著電子科技的迅速發(fā)展，半導(dǎo)體行業(yè)作為現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)，其超純水制備及處理技術(shù)也隨之快速發(fā)展。文章將針對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)超純水處理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體;超純水;系統(tǒng)優(yōu)化

當(dāng)下我國(guó)的超純水制備領(lǐng)域正在迅速發(fā)展，為了研發(fā)超純材料，應(yīng)用蒸餾、反滲透技術(shù)、去離子化或其他適當(dāng)?shù)某R界精細(xì)技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的水被稱(chēng)為超純水。在我國(guó)科研事業(yè)蒸蒸日上的形勢(shì)下，很多精細(xì)程度的實(shí)驗(yàn)都需要用到超純水，以保證實(shí)驗(yàn)的效果與水中細(xì)菌、病毒等有機(jī)物無(wú)關(guān)。半導(dǎo)體行業(yè)是個(gè)高耗能的領(lǐng)域，在這個(gè)領(lǐng)域中，由于生產(chǎn)設(shè)備的精密性和生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性，對(duì)其配套設(shè)施提出了很高的要求，尤其對(duì)作為半導(dǎo)體行業(yè)血脈的超純水系統(tǒng)更是高之又高。如果想保持競(jìng)爭(zhēng)力，就要在產(chǎn)量的提高、成本的降低上著手，所以，本文通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)中超純水處理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，以期為相關(guān)科研工作提供一定理論幫助。

1? ? 超純水制備流程

隨著科研的不斷進(jìn)步和發(fā)展，半導(dǎo)體行業(yè)需要大量高品質(zhì)的超純水。超純水制備一開(kāi)始采用了傳統(tǒng)的離子交換樹(shù)脂的方法，這種方法初次投資少，所占地方小，但要不斷耗費(fèi)大量酸堿，進(jìn)行離子再生，在一定程度上污染了環(huán)境。目前比較流行的是采用反滲透加離子交換設(shè)備的方法，這種方法雖然初次成本較之前要稍高，但離子再生的周期相對(duì)來(lái)說(shuō)較長(zhǎng)，耗費(fèi)的酸堿也比之前要少很多。本文所分析的采用反滲透作預(yù)處理再配上電去離子裝置的方法，是目前超純水制備較為先進(jìn)和環(huán)保的工藝方法，不需要用酸堿進(jìn)行再生便可連續(xù)制取超純水，不會(huì)污染環(huán)境，制備出的超純水是目前世界上純凈品質(zhì)要求最高的水。

半導(dǎo)體行業(yè)中超純水制備處理系統(tǒng)，利用了現(xiàn)在水處理技術(shù)最先進(jìn)的工藝和設(shè)備：預(yù)處理系統(tǒng)，降低水中溶解性總固體的含量，同時(shí)祛除水中的懸浮雜質(zhì)，是其主要作用。反滲透系統(tǒng)，多采用雙級(jí)反滲透工藝，從而做到降低能量消耗。電去離子通常采用EDI模塊和CEDI模塊，EDI是指在濃水室注入鹽水循環(huán)，從而使得膜組電阻率降低，不僅如此，還需要用不含硬度離子的精鹽，從而保證精度比較高。CEDI模塊是指在不需注入鹽水循環(huán)的情況下，不使用化學(xué)物質(zhì)，通過(guò)在濃水室用專(zhuān)利樹(shù)脂技術(shù)降低膜組電阻率，濃水的電導(dǎo)率在20～100 μS/cm ，沒(méi)有極水排放，拋光混床部分基本采用雙級(jí)拋光混床等。超純水處理系統(tǒng)首先是通過(guò)原水池，在增壓汞的工作下進(jìn)入多介質(zhì)濾器模塊，再通過(guò)保安濾器和高壓汞的處理后進(jìn)入反滲透裝置模塊，此時(shí)到達(dá)中間水箱，然后利用增壓汞，經(jīng)過(guò)陽(yáng)床和陰床到達(dá)大循環(huán)水箱，進(jìn)入動(dòng)力傳輸和單混床，隨后在紫外殺菌器的作用下進(jìn)入有效控制純水中的顆粒含量的最終端過(guò)濾，經(jīng)過(guò)終端過(guò)濾的超純水流向回水管路、出水管路、廢水排放管路以及檢測(cè)模塊。經(jīng)過(guò)超純水制備流程，有效控制了超純水中的離子、TOC和溶解氧、顆粒及硅含量，使二次污染降到最低程度。

超純水處理是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，且處理部件都有一個(gè)合適的流量范圍，在供水過(guò)程中能夠保證系統(tǒng)的水循環(huán)，保證其良好的水質(zhì)。在超純水制備過(guò)程中要注意選用脫氣效果好的脫氣膜、處理能力適宜的UV燈、控制二次污染能力高的單混床和能夠有效過(guò)濾超純水中的顆粒的濾芯的終端過(guò)濾器。超純水制備工藝流程如圖1所示。

2? ? 超純水處理系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的純水制備設(shè)備安裝之后，數(shù)據(jù)的采集和管理便再無(wú)人問(wèn)津。傳統(tǒng)的模式對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化有較大的弊端，首先，對(duì)制水過(guò)程的操作人員有較大的依賴(lài)，對(duì)水質(zhì)和供氮情況以及各種汞的運(yùn)行情況要實(shí)時(shí)確認(rèn)和解讀，所以對(duì)管理人員的專(zhuān)業(yè)能力要求較高，會(huì)損耗很多專(zhuān)業(yè)人才。

2.1? 確定制備過(guò)程

針對(duì)原水水質(zhì)、產(chǎn)水水質(zhì)制定相關(guān)的超純水制備過(guò)程，目前會(huì)依據(jù)不同的狀況，增減超純水處理系統(tǒng)部分一些單元，從而達(dá)到符合不同行業(yè)的不同水質(zhì)。舉例來(lái)說(shuō)，集成電路8英寸超純水，對(duì)電阻率的標(biāo)準(zhǔn)是18 M?-cm@25 ℃。而光電產(chǎn)業(yè)，藍(lán)寶石襯底的超純水要求電阻率至少為16 M?-cm@25 ℃。光伏行業(yè)的太陽(yáng)能級(jí)多晶硅超純水，對(duì)電阻率的要求一般在10 M?-cm@25 ℃。

2.2? 優(yōu)化成本

設(shè)備成本、運(yùn)行成本是超純水系統(tǒng)的主要成本。設(shè)備成本一般是大部分成本，工藝流程制定結(jié)束后，考慮到備品備件的維護(hù)可以購(gòu)買(mǎi)國(guó)外設(shè)備，在作用無(wú)差別的前提下可以購(gòu)買(mǎi)國(guó)內(nèi)設(shè)備，不要過(guò)多追求市場(chǎng)上高技術(shù)、高成本的設(shè)備，以防造成效率沒(méi)有得到提高，而成本大大提高的情況。

2.3? 穩(wěn)定系統(tǒng)

確保穩(wěn)定的合格水質(zhì)才是超純水處理系統(tǒng)的最終目標(biāo)。要達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定性，在過(guò)濾塔、汞和離子交換塔等設(shè)備方面，設(shè)計(jì)采用N+1的原則進(jìn)行。在控制系統(tǒng)方面，運(yùn)用支持熱插拔、冗余的技術(shù)，確保在任何時(shí)候系統(tǒng)都可以穩(wěn)定運(yùn)行。在電力系統(tǒng)方面，一般可利用緊急電源和分為市電以及不間斷電源供電。

2.4? 管路設(shè)計(jì)

超純水系統(tǒng)對(duì)制備過(guò)程中各項(xiàng)材料的材質(zhì)要求都非常高。降低管材成本的效果，在預(yù)處理階段，一般會(huì)用到聚氯乙烯UPVC，之后往往都是用高潔度聚丙烯PP，回收系統(tǒng)一般會(huì)用尋常的聚偏二氟乙烯PVDF，這樣不僅可以使成本大大降低，還能夠保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

[參考文獻(xiàn)]

[1]姚曉陽(yáng).超純水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其信息化方研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2016.

[2]許德洪.半導(dǎo)體行業(yè)超純水制造技術(shù)[J].工業(yè)水處理，2010（5）：90-92.

[3]郭輝，郭婭娜，何銀平.半導(dǎo)體行業(yè)超純水處理系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].廣東化工，2011（6）：197-198.