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超纯水设备系统在半导体晶片制造过程中重起到至关重要的作用。在一个生产周期内，一个晶片与超纯水的接触超过35次，在任何一个环节发生供水中断或者水质不合格都会影响晶片的质量，甚至导致产品的报废。水处理之家网认为，稳定可靠的超纯水设备系统是保障高品质半导体晶片可持续生产的关键。 一、半导体晶片超纯水设备系统简介 本方案以半导体晶片生产用超纯水设备系统为案例，详细讲解205T/H的超大型超纯水设备系统设计特点、工艺流程、超纯水供水网管设计等。 对于原水中的各种杂质，可以选用的去除方式多种多样，每一种净化设备基于不同的净化原理，对各种杂质的去除效率各不相同，甚至某些设备在去除特定杂质的同时会引起其他杂质数值的上升。超纯水设备系统设计的过程就是在满足水质要求的前提下寻找一个投资与操作最优化的净化设备组合方案的过程。不同净化设备对各种杂质的去除效率。对超纯水水质的指标要求： 项目 单位 指标 25℃ 时电阻率 MQ.Cm 18.2 总有机碳TOC DDb 1 溶氧DO DDb <1 二氧化硅Si0 DDt <0.1 细菌 个/L 0 颗粒0.01μm 个/L <20 颗粒0.O5 m 个/L <200 金属离子 DDt <5 阴离子 DDt <10 温度 ℃ 22±2 二、半导体晶片超纯水设备系统设计特点 典型的超纯水设备系统流程可分为三大部分：预处理、初级制水、精制水。在全球水资源日益匮乏的今日，超纯水的回收再利用已经成为超纯水设备系统设计必不可缺的一部分。一般而言，经工艺机台使用的超纯水除了PH值，电导率，TOC等指标较差外，大部分指标都优于市政供水，只要有针对性地设计一些净化设备，完全可以将超过70％的超纯水供水回收再利用，达到节水环保的目的。当然，回收率越高，其设备投资及操作运行成本也越高。本系统的流程设计充分考虑到工程水质要求高，水量超过250吨小时的特点，各部分的设计兼顾经济性和可操作性，巧妙地将超纯水回收利用系统融合于制备系统。 三、半导体晶片超纯水设备系统工艺流程 自来水—加药—多介质过滤器—常压脱气塔—换热器—10μm过滤器—一级反渗透 —预处理水箱—活性炭过滤器—离子交换器—去离子水箱—紫外线杀菌灯—1μm过滤器—二级反渗透—中间水箱—去有机物紫外线—混床—0.45μm过滤器—膜脱气装置—纯水设备—冷却箱—去有机物紫外线—抛光床—超滤系统—输送管网—用水点 四、半导体晶片超纯水设备系统设计方案 预处理： 1.PAC、NaCl0加药：絮凝剂PAC有助于原水中的胶体粒子和悬浮固体凝集成易被多介质过滤器的大基团，而NaCl0具有杀菌，分解有机物的作用。 2.多介质过滤器：去除原水中经絮凝的胶体粒子和悬浮固体，可通过反冲洗再生。H，S0 加药，常压脱气塔：加H，S0 可将原水中的HC0 一生成C02在常压脱气塔中脱除，常压脱气塔是针对本工程大水量的特点而设计的，可以提高真空膜脱气的除氧效率，减少昂贵的脱气膜组的使用量。 3.热交换器：在冬季原水水温较低时使用热交换器加热反渗透进水以提高反渗透系统的除盐率，保证出水水质。 4.10 u m预过滤器：过滤颗粒杂质，保护反渗透膜。 5.一级反渗透：反渗透对除了溶解气体以外的大部分杂质都有较好的脱除效果。不同材质的反渗透膜操作条件不同，脱除杂质的效率也不同。醋酸纤维(CA)膜。醋酸纤维(CA)膜脱除率比复合(TFC)膜低，本设计用于一级反渗透，作为预处理阶段去除大量离子等杂质之用。反渗透膜需定期加药清洗以去除表面污染及结垢，保证反渗透效率并延长膜的寿命。 6.预处理水箱：储存一级反渗透产水，收集工艺机台使用过的回收纯水。 7.活性炭过滤器：表面具有无数10—10 A微孔的活性炭吸附预处理水尤其是回收纯水中的有机物，并通过反冲洗再生。 8.离子交换塔：离子交换塔包括阳离子树脂床和阴离子树脂床，主要为去除回收纯水中的各种阴阳离子，降低电导率而设计，同时可进一步纯化预处理水，保证水质离子交换树脂定时用酸碱再生后可反复使用。 初级制水： 1.去离子水箱：储存去离子水，调节和平衡预处理系统和初级制水系统的运行。 2.紫外线杀菌：波长254nm的紫外线灯可达到杀菌的作用。 3.1um过滤器：过滤颗粒杂质，保护反渗透膜。 4.二级反渗透： 采用复合(TFC)膜的二级反渗透可去除高达95％ 以上的各种离子和有机物。 5.中间水箱：储存二级反渗透产水，充普通氮气，隔绝空气，以保护水质不受污染。 6.去有机物紫外线： 波长1 85mm 的紫外线灯可分解有机物至二氧化碳和水。 7.混床：不同于离子交换塔中阴阳离子树脂，混床中使用的树脂可以在较低的离子浓度下获得很好的脱除效率，混床出水电阻率已达1 7M Q．cm以上，接近超纯水电阻率要求。 8.0.45um过滤器：去除去离子水中的颗粒杂质，并捕捉水中可能带出的破碎的混床树脂微粒，以保护膜脱气装置的脱气膜不受损害。 9.膜脱气装置：加真空氮气吹扫的膜脱气装置可保证产水中溶氧达到小于lppb的要求，与早期的真空氮气吹扫的填料塔相比，具有脱气率高，占空间小，节省氮气的优点。 精制水： 精制水处理段是一个循环系统，经纯水箱到各级处理设备，合格的超纯水由供水管网送至用户点，未经使用的超纯水由回水管网送回纯水箱，重新精制处理，以保证超纯水品质。 1.纯水箱：储存初级制水的产水也回收未经使用的回水，经纯化的工艺氮气保护水质不受污染。 2.冷却器：夏季高温时市政水供水温度有可能高于工艺要求的超纯水温度，另外，精制水的循环运行也会引起水温的升高，使用冷却器可保证水温达到要求。 3.去有机物紫外线：循环运行的超纯水会造成有机物和细菌数的升高，使用波长185nm的紫外线灯可保证TOC小于lppb的要求。 4.抛光床：使用不再生树脂的抛光床可以有效去除纯水中的各种浓度极低的离子，达到离子浓度小于1 0ppt、电阻率大于18．2M Q．cm的品质要求。 5.超滤系统：作为精制水也是整个超纯水设备系统最后把关的设备，超滤系统可去除超纯水中可能出现的各种极细颗粒和死菌，达到每升水中0．05 u m颗粒小于200个的要求。 五、半导体晶片超纯水设备系统供水管网设计特点 一个完整的超纯水设备系统的设计除了生产流程外，供水管网的设计也必不可少。管网的设计既要满足工艺使用点的流量和压力要求，更要保证生产出的超纯水在经过管网的分配输送后品质不受污染。本设计根据水质要求采用以下措施保证超纯水在工艺使用点的品质： 1．选用HP—PVDF(高纯度聚偏二氟乙烯)的管材和阀门管件，采用红外线热融连接，尽可能避免管道材料中的杂质溶出污染水质。 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，减少超纯水在循环管网内的停留时间，抑制有机物和细菌数的升高。 3．避免出现流体死角滋生细菌。可能产生流体死角的长度不得超过后段管道直径的1．5倍。设计中选用隔膜阀既便于调节流量，又可避免出现流体死角；选用异径三通代替等径三通加异径管也是一项有效措施。 4．在每一路支管的根部设计杀菌消毒接口和排放口，可以在某一路支管受到污染时及时处理，避免影响整个管网。杀菌消毒可选用臭氧或双氧水。早期设计的管网一般为一供一回形式，见图2，在实际操作运行过程中发现供水的流量和压力较难调节，容易出现管网近端大量用水时远端工艺使用点的流量和压力难以保证的情况。在本设计中采用压力回水的方式可有效防止上述情形的发生。
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