超大型半導體晶片生產用超純水設備系統設計方案

超純水設備系統在半導體晶片制造過程中重起到至關重要的作用。在一個生產周期內，一個晶片與超純水的接觸超過35次，在任何一個環節發生供水中斷或者水質不合格都會影響晶片的質量，甚至導致產品的報廢。水處理之家網認為，穩定可靠的超純水設備系統是保障高品質半導體晶片可持續生產的關鍵。

一、半導體晶片超純水設備系統簡介

本方案以半導體晶片生產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、工藝流程、超純水供水網管設計等。

對于原水中的各種雜質，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，對各種雜質的去除效率各不相同，甚至某些設備在去除特定雜質的同時會引起其他雜質數值的上升。超純水設備系統設計的過程就是在滿足水質要求的前提下尋找一個投資與操作最優化的凈化設備組合方案的過程。不同凈化設備對各種雜質的去除效率。對超純水水質的指標要求：

二、半導體晶片超純水設備系統設計特點

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成為超純水設備系統設計必不可缺的一部分。一般而言，經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70％的超純水供水回收再利用，達到節水環保的目的。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要求高，水量超過250噸小時的特點，各部分的設計兼顧經濟性和可操作性，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

自來水—加藥—多介質過濾器—常壓脫氣塔—換熱器—10μm過濾器—一級反滲透 —預處理水箱—活性炭過濾器—離子交換器—去離子水箱—紫外線殺菌燈—1μm過濾器—二級反滲透—中間水箱—去有機物紫外線—混床—0.45μm過濾器—膜脫氣裝置—純水設備—冷卻箱—去有機物紫外線—拋光床—超濾系統—輸送管網—用水點

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過濾器的大基團，而NaCl0具有殺菌，分解有機物的作用。

2.多介質過濾器：去除原水中經絮凝的膠體粒子和懸浮固體，可通過反沖洗再生。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使用熱交換器加熱反滲透進水以提高反滲透系統的除鹽率，保證出水水質。

4.10 u m預過濾器：過濾顆粒雜質，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都有較好的脫除效果。不同材質的反滲透膜操作條件不同，脫除雜質的效率也不同。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膜的壽命。

6.預處理水箱：儲存一級反滲透產水，收集工藝機臺使用過的回收純水。

7.活性炭過濾器：表面具有無數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，并通過反沖洗再生。

8.離子交換塔：離子交換塔包括陽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離子，降低電導率而設計，同時可進一步純化預處理水，保證水質離子交換樹脂定時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.紫外線殺菌：波長254nm的紫外線燈可達到殺菌的作用。

3.1um過濾器：過濾顆粒雜質，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：儲存二級反滲透產水，充普通氮氣，隔絕空氣，以保護水質不受污染。

6.去有機物紫外線： 波長1 85mm 的紫外線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1 7M Q．cm以上，接近超純水電阻率要求。

8.0.45um過濾器：去除去離子水中的顆粒雜質，并捕捉水中可能帶出的破碎的混床樹脂微粒，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，節省氮氣的優點。

精制水：

精制水處理段是一個循環系統，經純水箱到各級處理設備，合格的超純水由供水管網送至用戶點，未經使用的超純水由回水管網送回純水箱，重新精制處理，以保證超純水品質。

1.純水箱：儲存初級制水的產水也回收未經使用的回水，經純化的工藝氮氣保護水質不受污染。

2.冷卻器：夏季高溫時市政水供水溫度有可能高于工藝要求的超純水溫度，另外，精制水的循環運行也會引起水溫的升高，使用冷卻器可保證水溫達到要求。

3.去有機物紫外線：循環運行的超純水會造成有機物和細菌數的升高，使用波長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，達到離子濃度小于1 0ppt、電阻率大于18．2M Q．cm的品質要求。

5.超濾系統：作為精制水也是整個超純水設備系統最后把關的設備，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個的要求。

五、半導體晶片超純水設備系統供水管網設計特點

一個完整的超純水設備系統的設計除了生產流程外，供水管網的設計也必不可少。管網的設計既要滿足工藝使用點的流量和壓力要求，更要保證生產出的超純水在經過管網的分配輸送后品質不受污染。本設計根據水質要求采用以下措施保證超純水在工藝使用點的品質：

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溶出污染水質。

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，減少超純水在循環管網內的停留時間，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。可能產生流體死角的長度不得超過后段管道直徑的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及時處理，避免影響整個管網。殺菌消毒可選用臭氧或雙氧水。早期設計的管網一般為一供一回形式，見圖2，在實際操作運行過程中發現供水的流量和壓力較難調節，容易出現管網近端大量用水時遠端工藝使用點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生。