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反渗透膜在电子工业中的应用

反渗透膜在电子工业中的应用

  • 分类:新闻资讯
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  • 来源:
  • 发布时间:2020-01-15
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【概要描述】 反渗透膜和纯水工艺

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   电子工业(如半导体器件、集成电路、显像管等),大量使用各种级别的纯水、高纯水清洗半成品和成品。微电子工业(半导体器件、集成电路、显像管、电子检测、计算机主机板等)的产品质量、合格率、可靠性与纯水或高纯水的水质有着密切的关系。随着电子工业的发展,尤其是半导体工业的迅猛发展,对纯水的水质要求也不断提高,以前,那种将电阻率做为唯一衡量水质纯度的做法,经实践检验已远远不够,对水中阴离子含量、阳离子含量、颗粒数、有机物、细菌等逐步有了定量的指标和限制。在20世纪70年代中期,微粒、细菌、二氧化硅、钠和总有机碳这五项指标的确定,才确保了集成电路的质量。进人80年代,出于集成度的再提高,对纯水水质要求尤其是微粒、细菌更加严格,在此基础上又增加了溶解氧的限制指标,因为溶解氧的浓度过高,在硅片清洗过程中,氧气放出,不但会产生泡沫使晶片表面无法完全清洗,而且热超纯水中的溶解氧还会腐蚀集成电路晶片。20世纪90年代,集成电路已经发展到兆位级的亚微米技术,晶片的加工清洗对纯水的水质要求就更加严格。为了保证生产需耍,各大纯水处理公司均有自己一套流程系统,以适应不同集成度生产的需求.虽不尽完全相同。但基本都利用了反渗透、离子交换、超滤和其他膜分离技术,形成了一系列相应的标准流程。我国微电子工业发展比较缓慢,超纯水制备技术也比世界发达国家落后许多,在已建成的集成电路生产厂中所有纯水制备均采用国外引进设备。

(1)日本公司在上海某超大规模集成电路生产厂中设计的纯水制备流程如图所示。该系统由预处理系统、一次纯水制造系统、二次纯水制造系统及排水回收等支系统组成。

a.预处理系统。根据原水水质,采用凝聚加压上浮装置、双层过滤器及二氧化碳脱气塔组成。原水中的悬浮物及部分溶解的有机物经凝聚后,因密度小而难于沉降,采用加压上浮处理可有效去除,后置的双层过滤器可截留上浮装置中流出的微细凝聚体。以使原水进一步澄清,通过二氧化碳脱气塔除去重碳酸根成分以防止后置RO浓水侧膜面上析出碳酸钙。

b.一次纯水系统。该系统由三级RO、脱氧装置及离子交换柱组成。RO膜采用低压聚酰胺膜,一级RO主要除去大部分的阴离子、阳离子及有机物;二级RO主要除去残存的阴离子、阳离子、硅及有机物;三级RO主要除去微量残余阳离子,提高电阻率。脱氧装置采用中空纤维膜脱气,可将溶解氧除去至要求浓度以下,同时还去除残余的拍氧化碳,减轻了后置交换柱的负荷,以减小离子交换树脂的更换频率。离子交换柱可将RO处理水中残留的极少量的离子、重金属、硅、溶解的二氧化碳去除。该交换柱为非再生式,目的是再生时残存的Cl-OH-影响处理水水质,按正常回收率80%计算,交换树脂大约每六个月更换一次。

c.二次纯水系统。该系统由换热器、紫外线氧化器、抛光器和超滤系统等组成。紫外线氧化器采用低压185nm的紫外灯,分解残存在一次纯水处理水中的极少量TOC成分。尤其适用于分解在RO膜中去除率较低的低相对分子质量有机物。抛光器采用低溶出式均球树脂,除去前置紫外线氧化器分解TOC产生的有机物和CO2,同时除去一次纯水中存在的极微量离子、硅、重金属等,使电阻率稳定在较高水平。超滤系统最后除去超纯水装置末端的离子成分,以满足工艺要求。该系统的膜组件采用本身不产生离子的外压式超滤膜。

d.排水回收系统。该系统由活性炭过滤塔及阴离子交换塔组成。由于回收水中含有H2O2SO42-F-Cl一、NH4.用活性炭吸附去除H2O2用阴离子交换塔去除SO42-F一、Cl-NH4待后置RO去除。为适应近年来集成电路生产的发展.国外各大纯水制造厂家不断研制开发,已取得了新的进展。尤其是膜技术的不断开发完善、臭氧杀菌技术的研究与实践、EDI技术的改进推广、微絮凝过滤净水工艺在高纯水预处埋中的应用等,这一切都使得超纯水制备工艺更趋完善和稳定,保证了微电子生产的成品率。

 

(2)日本清水博提出的纯水制备流程,如图所示

该系统的电阻率、溶解氧和SiO2等指标基本满足要求,但对TOC、微粒数及细菌数等必须采取相应的措施进行处理才能得到保证。它在制水工艺上具有以下特点。

a原水采用微絮凝过滤.即进水管上投加PAC进行凝聚,然后用石英砂和无烟煤进行双层过滤,

b.活性炭过滤放在强酸阳床和脱气塔之后,由于进水pH值呈酸性,这样既可防止微生物繁殖,又能达到去除有机物的效果。

c.反渗透装置设置在离子交换之后,这样可防止膜污染和膜结垢所产生的对反渗透组件的堵塞现象,特别对SiO2含量较大的原水更为有效。

 d.采用两次脱气,第二次为真空脱气,可去除水中溶解氧和挥发性TOC

e.采用两级紫外线杀菌,后级是为防止反渗透抛光(FRO)装置膜面上产生细菌。

f.采用反渗透装置(FRO抛光)替代常规的超过滤,在FRO中由于使用合成复合膜,所以TOC去除率极高。

(3)美国一公司为适应16M元位器件生产需要设计出了典型高纯水系统。该系统由高纯水精制循环系统及高纯水补充水系统两部分组成。高纯水的补充水量等于耗水量。它的制水流程如图26所示。

该系统在制水工艺中具有以下特点。

a.活性炭过滤后投加氯气(2~4mg/L),使水在进入反渗透前尽量减少细菌生长。

b,反渗透装置,前级采用醋酸纤维素膜,后级采用聚酰胺膜,两种膜组合使用,可取长补短。

c.后级反渗透浓水可回至前级反渗透前重复利用.提高水的回用率。

d.高纯水贮水箱除充氮保护外,尚需投加0.2mg/L由纯氧制成的臭氧,以防细菌滋长。

e.利用254nm紫外灯杀菌,并去除水中残余臭氧,混床后再利用185nm紫外灯,用相当于68倍正常滞留时间,进一步降低TOC

f.混床后投加臭氧灯(0.08~0.1mg/L),以进一步降低TOC

g.采用催化除氧系统(CORS),亦可采用两级真空脱气装置除去水中溶解氧。

h.用反渗透代替超滤,以保证将水中微粒、有机物及悬浮物净化至最低程度,反渗透选用截留相对分子质量为100的复合膜,截留率为90%

i.自初级处理系统反渗透装置以后的系统管材,宜用聚偏二氟乙烯管(PVDf},但反渗透高压管应采用不锈钢管。

 j. 4M位器件用高纯水精制系统,可不考虑除氧,并可应用截留相对分子质量1000100000的超滤装置作最终处理,而不需用反渗透装置。

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