合肥鑫晟光电科技有限公司 安徽省合肥市 230000
摘要：以世界十大半导体公司之一的美国IT公司为例,介绍其典型的p t P精度的多种离线水质分析工具。
关键词：超纯水；精处理；水质；仪表；
以0.5μm之需而设的一套超纯水精处理系统为例,介绍其工艺流程及其特点,给出各项水质参数的实例数据,进而述评续0.25μm 8”线的水质评价项目及其限定值、分析手段和在线检测仪表。
一、超纯水精处理系统
为满足5英寸、05μm、3000片／月的研发线之需，电子某所引进台湾极水公司的一套超纯水精处理系统。活菌用抽滤培养法检测；TOC和DO分别用An at e l A一1000有机物分析仪和SWAN FAM型微氧仪在线检测；微粒用接在管线中的PMS的N a no一100型微粒仪检测，而Si O2，Na+和C1一采样由GFAA(无火焰原子吸收)和IC(离子色谱)分析。高品质是现今微电子业超纯水系统的突出特色，优越水质外，系统还务必十分稳定可靠且运行操作尽可能简便。依据日本和台湾的经验，该全自动精处理系统采用二级真空膜脱气和无污染的日本Ni k k so非密封泵、高照射强度的185nmUV、UP604型半导体级的不再生树脂和切割分子量仅为6000的旭化成外压式UF组件以及高纯PVDF(聚偏二氟乙烯)材质的双管路的管网等设备／设施，用水点与UF出口的TOC、微粒、细菌、si0 2、Na+、Cl一等项参数实测值又无差异，从而保证了水质。为使系统稳定可靠，除设备用泵外，不再生型混床还可并联或串联，且级序可互换，UF装置额定产水量>2×16mⅦ(25℃、100KPa)且启用2小时后产品水的To C、微粒和电阻率便有望稳定，一、二次PVDF配管的1000多条焊缝的红外加热焊接均用加大接触面积的模具，增大了焊接强度，从而无一渗漏地一次性成功。该系统的电阻率指示有六处。多功能超声波流量计指示供、回水的实时和累加流量，还有DO仪、TOC仪和数字显示并描绘曲线的六项参数记录仪等项仪表和声光报警装置，因而为全自动系统且不需配专人管理。该6036H的UF，最高使用温度达90℃，将便于用80℃热水无死角地杀菌或用温水杀菌。与常温水中添加2％H202的杀菌法相比，45℃温水添加0．5％浓度H2O2的杀菌法在相同杀菌效率下，所需时间减半从而赢得宝贵时间。该系统用含0．43％H20 2的温水杀菌法，既便在用水点采样l000ml也未检出生菌。该系统去年10月5日安装完毕立即投运，连续运行至今，从未出现任何故障，各项参数均达标，尤其DO由膜脱气前40ppb左右降低到其后的该DO仪的o．1ppb的最低检出限下，通常为O～0．1ppb。
二、高塔分离法的分离原理及分离过程如下
1.分离原理。为了提高高速混床出水水质和延长其运行周期,必须保证阴、阳树脂有很高的再生度。影响树脂再生度高低的一个极为重要的因素是混床失效树脂再生前能否彻底分离。当树脂分离不完全时,混在阳脂中的阴脂被再生成Cl型,混在阴脂中的阳脂再生成Na型,这样,在运行中势必影响出水水质。高塔分离法根据水力分层原理,利用阴、阳树脂不同颗粒度、均匀度和不同比重,通过反洗流量的调整,形成树脂的不同沉降速度,从而达到使树脂分离的目的。
2.分离过程。树脂分离前,首先对树脂进行清洗,洗掉树脂层中截留的污物。树脂清洗最常用的方法是空气擦洗法,就是在装有失效树脂的分离塔中重复性地通入空气,然后正洗的一种操作方法。擦洗的次数视树脂层污染程度而定,至出水清洁时为止。通入空气的目的是松动树脂层和使污物脱落,正洗是脱落下来的污物随水流自底部排走。空气擦洗还可以减小静电,防止树脂抱团,减小反洗时间和反洗流量,还可以将粉末状树脂从树脂表面冲走,减小运行压降。空气擦洗也可以再分离,分离阴、阳树脂可分别在再生时和再生后进行。在再生后进行擦洗,能除掉被酸、碱再生剂所松脱的金属氧化物。反洗分层时,先用高速水流由树脂分离塔下部进入,将失效树脂全部托起至上部收集区,然后慢慢降低反洗流速。首先使反洗流速降低到阳离子树脂的终端沉降速度,维持一段时间,使阳树脂积聚在上部锥形和下部圆柱的分界面以下,形成阳树脂层;然后,再慢慢降低反洗流速,使阳离子树脂慢慢地、整齐地沉降下来。阳树脂沉降的同时,阴树脂也要开始沉降,当反洗流速降低到阴树脂临界沉降速度时,仍以此流速维持一段时间使得阴树脂积聚在上部锥形和下部圆柱的分解面以下,形成阴树脂层,然后再慢慢降低反洗流速一直到零,使阴树脂慢慢地整齐地沉降下来。通过水力分层后,可使阳树脂在阴树脂中的质量分数小于0.07%和阴树脂在阳树脂中的质量分数小于0.04%,以达到彻底分离之目的。
三、TOC的检测
随着半导体工艺集成度的提高，目前半导体工厂的超纯水系统的TOC基本上要控制在1—2μg／L以下，一般采用在线仪器分析，现在分析TOC的仪器主要有两种类型。都是用UV来氧化水样，使之分解成CO2和水，由于生成CO2后，水中的电导率会变化。通过测定电导率的变化来计算出TOC的值。测定方法有两种：①无选择性膜的测定方法；②有选择性膜的测定方法；根据目前的实际经验，方法②比方法①能更准确的反映出实际的T0c情况，主要是因为方法①将水样直接用u v氧化后测定电导率变化时。往往因为水中的微量含氮有机物离子化．干扰氧花前后的电导率，导致TOC值异常。
四、水质评价
1.评价项目和限定值。一代产品一代水质，见表1。国际半导体技术的发展，至少在今后十多年内，仍遵循摩尔定律，即每隔18个月集成度翻一番，甚至更快。前沿产品的特征尺寸，1995年为O．35μm，2005年将为0．08μm，即十年4—5代。上海就欲图在“十五”末期达到O．1μm、16GbDm～M水平。通常，厂房和动力设施适应期十年，因此水质要求上应具相应的前瞻性。事实上，无论何时何地，在兴建前沿产品Fab中均是集当时相关的世界先进科技成就之大成。与此紧密相关的水质评亦为当今日本／台湾中只有少数几家工程公司可达的极限值。
表1水质随器件换代而提高
高水质高费用，但在正常情况下，超纯水系统上的费用只占项目总费用的2％一3％，在8”一12”项目中，该费用百分比应更低。
2.分析手段。发达国家的大公司，为确保物料品质，都具相应的分析与检测能力，除了配备水质在线检测仪表外，还有离线分析的试验室和分析仪器，现以世界十大半导体公司之一的美国TI公司为例。给出1990年时在达拉斯，11公司本部的液态和气态试剂分析手段嘲。表明对于金属／阳离子和非金属／阴离子杂质，该公司有3_4个试验室具有多种0．01—0．001ppb精度的分析手段。ICP—MS／ICP—AES／IC／GFAA诸分析法可一次进样分析数十种杂质，美国AT&T就曾以ICP—MS为我国某6”线的纯水和回水分析了各60种杂质。但这种离线分析的仪器费昂贵，对分析人员水平和试验室环境要求高，因而更依赖在线检测。
3.在线检测仪表。六台仪表总费虽只为ICP—MS的2／3，但已高达16万美元左右。其中，0．05μm微粒仪就约7万美元。微粒由UF把关，只要UF正常，微粒量就恒定，而非像TOC那样的不完全取决于TOC—UV。现系统UF的切割分子量已小到6，000，宣称启用二小时后对于0．05μm和0．1μm的微粒就分别稳定于1个／ml和0．1—0．2个／ml内。末级UF寿命长，我国某6”线的超纯水系统的末级，还非这种新一代的UF，而是常温的且切割分子量为10，000的Rom icon UF，连续投运三年多了，从未反洗，通量与膜压均无可觉察性的变化，在线O．1仙m微粒仪显示该产品水中≥0．1“m微料均在1个／ml左右。显然，微粒仪配置与否可依经费状况而定，表6序号便是依必要性强弱顺序而排列的。对于≤6”线系统和ⅡT—LCD之类的系统，配置适用品种和档次的仪表便可。
总之，纯水技术的发展主要包括两个方面，即制备技术和检测技术，而这两个技术是伴随着半导体产业的发展而不断发展。
参考文献：
[1]张萍，浅谈超纯水精处理系统与水质评价.2017.
[2]刘小鹏，超纯水制造系统中关于TOC的去除、检测和控制管理.2017.
论文作者:丁振山
论文发表刊物:《防护工程》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/7
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