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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

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  • 發(fā)布日期：2018-01-05
  • 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(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(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： 項(xiàng)目 單位 指標(biāo) 25℃ 時(shí)電阻率 MQ.Cm 18.2 總有機(jī)碳TOC DDb  1 溶氧DO DDb <1 二氧化硅Si0 DDt <0.1 細(xì)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(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(xiàn)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(xiàn)—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(xiàn)—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(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(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(shù)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(xiàn)殺菌：波長(zhǎng)254nm的紫外線(xiàn)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(xiàn)： 波長(zhǎng)1 85mm 的紫外線(xiàn)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(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(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(shù)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?，具有脫氣率高，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(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(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(xiàn)：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(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(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(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(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(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(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?？赡墚a(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(jiàn)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。
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