半导体行业超纯水制造技术的研究

半导体行业超纯水制造技术的研究

裴鹏曦

世源科技工程有限公司    上海市2000000

摘要：随着超纯水技术在半导体工业中的应用日益普及，对超纯水性能的要求也随之提高。在半导体器件的制造中能源消耗很大，由于其精密的生产和加工工艺的复杂，对其配套设施的要求也越来越高，特别是对半导体工业的血液——超纯水系统的要求更高。因此要加强对半导体行业超纯水制造技术的深入研究，明确超纯水生产技术工艺，并且提出超纯水节能措施，保证半导体行业的可持续发展。

关键词：半导体；超纯水；制造技术

在半导体工业中，超纯水的生产流程分为四个阶段，即预处理阶段、RO阶段、电去离子阶段和磨料混合阶段。超纯水在精细化工和电子工业的生产中需要严格按照生产标准，只有这样才可以确保精细化工产品的质量标准和集成电路的密集化。对于生产阶段，对原材料的纯度要求较高，对于其他化学成分和气体纯度也要遵循严格的生产标准。

一、超纯水制造技术

（一）预处理

预处理主要用于粗加工原水，以满足RO进水量的需要，主要作用是除去原水中的悬浮物、胶体，达到SDI≤4，脱除氧化物如游离氯，脱除某些有机化合物；减少LSI，防止碳酸盐的腐蚀[1]。在超纯水生产过程中常规的预处理方法是“多介质过滤+活性炭过滤”。而在超纯水系统中采用“粗滤+超滤”工艺进行预处理，因为常规预处理工艺中难以控制SDI值，通常＞5，对后续的一次反渗透系统操作不利。超滤设备的出水量SDI相对稳定，可以有效地保障该系统的正常工作。此外，常规预处理方法占用面积大，而“粗过滤+超过滤”设备占用面积小，节省基础建设成本。与传统的预处理方法相比，更换填料所需的人力、物力要大得多。随着超滤技术日趋成熟，系统运行稳定、安全，并且超滤膜的成本大幅下降，与常规预处理方法相比，一次投入和运行维护成本相当。

（二）反渗透

在半导体工业中，为保证后续生产过程的安全，一般都使用了两段反渗透技术。采用双重反渗透技术，可以除去99%的悬浮物、胶体、溶盐98%、微生物、CO2等有机物。半导体厂也使用了双重反渗透技术，并将其分解为两个不同的单元，以保证系统的持续运转，甚至当反渗透膜被替换或在线清洗时，也不会出现大量的停水现象，保证了重要区域的持续供水。采用SBS、MDC加药设备，在第一阶段进行反渗透处理，以确保一次反渗透系统的安全运行；通过在一次反渗透与二次反渗透中间加入一组碱处理设备，可以有效地改善二次反渗透的脱盐效果。

（三）电去离子

在反渗透出水深度脱盐后，其最终产出的电阻率可达15以上。目前，在市场上使用的电力去离子深度脱盐设备主要有EDI和CEDI两种，使用CEDI模块，并将CEDI组件分为两个单独的组件，当CEDI组件被清洁或替换时，可以按小组进行，不会产生大量的停水现象，保证了重要区域的持续供水[2]。

（四）磨料混合

由于半导体工业对纯水的高质量要求，在纯水后的输水管道上添加抛光混合液，可以确保其生产的稳定性和一致性。在实际生产中，一般使用的是两级磨砂混合机。

（五）UV杀菌器、TOC脱除器

在进行电除菌之前，通常都会安装一个紫外线灭菌器，紫外线波长250 nm，可以杀灭水中的微生物和细菌，防止细菌的污染。TOC去除剂则是设置在抛光混合床之前，利用180 nm波长的UV催化作用，有效地将水中的有机物质氧化，保证出水TOC小于100 ppb。

二、超纯水系统施工

在超纯水系统建设中，供水站工程的建设和施工比较困难，主要包括：设备的安置、共用管架的制造和安装、管道的安装。在安装时要有一个完整的安装计划，特别是对超大型、超重的设备，要仔细地进行。首先，在土建和钢管的连接部位，一定要保证钢管的强度，在条件允许的时候，可以使用钢板，如果有其他的原因，可以使用化学铆钉，而不能使用普通的膨胀螺栓。特别是不能采用简单的膨胀螺栓和钢板来固定地板。第二，在超纯水工程中，整个管道的公用管架必须处于水平位置，以防止由于管架与管道之间的应力不均而导致管道损坏。在水站管道建设中，除氮气、CDA、换热器中的冷热、热水、蒸汽管道等可按规定施工外，其他管道的施工主要为设备周边管道和管架管的施工。在工程开工之初，可将两段工程同时进行。在完成了管架和设备主体的连接后，再将设备周围的管道连接到管架上，形成一个与管架相连的封闭管路。超纯水系统的管道建设与其他电力管道的建设有很大不同，既要保证管道的密封，又要保证管道的清洁。在超纯水系统中，CPVC、PVDF是一种较为特殊的管道建设技术，在金属离子、有机碳沉淀、无微细颗粒、无细菌滋生等方面，CPVC、PVDF均能满足超纯水系统的要求，在超洁净的环境下，对管材的处理、包装、配件的处理、包装等都是在超清洁的环境下进行的，所以两者的施工都有自己的特殊性。在超纯水系统中，CPVC主要采用HP-PVC、CLEAN-PVC等粘合工艺，但应注意不能混合使用。除此之外，CPVC的清洁和施工，也是最大的不同。由于CPVC管材的粘接施工较为严格，所以在清洗前，必须在现场进行焊接，但由于施工场地的特殊性，一般都要在现场进行材料粘接，粘接施工的时候禁止在地面进行，应在加工平台上进行操作，但需要注意的是，施工现场要保持相对干净，施工时要戴一次性手套，施工过程中不能用手触摸管子，插管时要用螺丝固定，以保证插管的深度是否达到要求。PVDF管道的连接方式多为焊接。在施工期间，要注意周围的卫生，焊接时要在干净的小室里进行，不能在普通的房间里进行，在进入干净的小室时，要穿上专门的鞋子，在隔间外要密封好，不能暴露在空气中，在施工前要开封，在焊接时要戴上一次性干净的PVC手套，在使用前要用异丙醇、酒精等清洁干净的布擦拭干净。辅助焊工必须戴上干净的棉质手套，在完成后要认真检查每一处焊缝，检查、确认后封口，然后运送到工地进行法兰连接。在进行管道接头时，要在现场测量尺寸，编制工艺和安装图纸，然后用钢管进行焊接。

三、半导体行业超纯水制造节能措施

（一）超滤反洗排水

在超纯水生产过程中，从原料到成品水其回收率通常不超过50%，不仅造成了大量的水资源浪费，而且还会提高生产单位的生产成本。因此，对超纯水的处理工艺进行优化，节能减排是非常必要的。超纯水系统包括三大阶段：超滤反洗排水、一级RO浓水排水、CEDI浓水排水。

由于目前的风淋式制冷系统需要大量的补充水量，为了更好地回收和利用超过滤反冲洗，公司在户外设置了一个污水收集池，收集了大量的污水，并将其收集起来（分析、采样、污水），并进行沉淀处理，以补充雨水，或者用于浇灌绿化。

（二）一级RO浓水排水

一次RO工艺中水回收率通常不到75%，具有很大的排水量，可以很好地回收利用。为了达到这个目的，在系统中设计了一个收集槽，用来收集一级RO浓水，其中的一阶段直接用来浇灌绿地，冲洗厕所和地面，另一阶段进入RO回收设备，将废水重新浓缩，RO回收设备产生的水流入超纯水系统的超滤产水箱，浓水排放到污水处理设备中。

（三）CEDI浓水排水

在半导体超纯水系统中，CEDI浓水被直接循环到二级RO系统的中间槽中，一些双级RO系统没有中间槽，但为了保证系统的安全，为了循环利用CEDI浓水，必须增设一个中间罐[3]。

结束语：

我国超纯水的应用技术得到了飞跃，膜技术在超纯水处理项目中具有工艺简单，运行维护方便等特点，并添加了磨料混合工艺，使得超纯水质量稳定、可靠，在半导体工业中得到广泛应用。与此同时，由于半导体工业生产成本持续提升，对水的利用效率提出了更高的要求，必须积极采取节能措施，加大对污水的回收处理，确保水资源循环利用效率，降低生产成本。

参考文献：

[1]戴梅红.半导体工业超纯水的技术指标及其制备概述[J].门窗,2019(11):234.

[2]薛张辉.半导体工业超纯水的技术指标及其制备概述[J].广东化工,2018,45(21):62-63.

[3]郭辉,郭娅娜,何银平.半导体行业超纯水处理系统优化设计[J].广东化工,2011,38(06):197-198.

[4]许德洪.半导体行业超纯水制造技术[J].工业水处理,2010,30(05):90-92.