Lösung für Halbleiter-Ultrareinwassersysteme (UPW)

1. Rohwasserquellen, typische Verunreinigungen und Wasserqualitätsmerkmale

Rohwasser für Halbleiter-Ultrapure-Water-(UPW)-Anlagen stammt üblicherweise aus kommunalen Wasserversorgungsnetzen oder aus vor Ort gefördertem Grundwasser. Das erzeugte Ultrapure Water wird in kritischen Halbleiterfertigungsprozessen eingesetzt – darunter Wafer-Ätzen, Dünnfilmabscheidung, chemisch-mechanische Planarisierung (CMP), Wafer-Reinigung, Photolithografie sowie andere fortschrittliche Fertigungsverfahren – wobei die Wasserqualität unmittelbar die Ausbeute (Yield) der Bauelemente und deren Zuverlässigkeit beeinflusst.

Typische Verunreinigungen im Rohwasser umfassen Calcium- und Magnesiumhärteionen, suspendierte Feststoffe, kolloidale Partikel, Restchlor, Sulfate, Silikate sowie Spuren schwerer Metalle. Je nach Wasserquelle können zudem mikrobiologische Spurenorganismen und gesamtorganischer Kohlenstoff (TOC) vorhanden sein.

Halbleiter-UPW-Anlagen erfordern einen der höchsten Wasserqualitätsstandards in der modernen Fertigung. Nahezu alle gelösten Ionen, suspendierten Partikel, Mikroorganismen und organischen Verunreinigungen müssen entfernt werden. Das Produktwasser muss eine elektrische Widerstandsfähigkeit von 18,25 MΩ·cm erreichen, während Partikelverunreinigungen, TOC, Siliziumdioxid und Spurenmetallionen auf extrem niedrige Konzentrationen kontrolliert werden müssen.

Im Vergleich zu Ultrapure-Water-Anlagen, die in der Photovoltaik-, Lithium-Batterie- oder anderen industriellen Anwendungen eingesetzt werden, stellen Halbleiter-UPW-Anlagen deutlich höhere Anforderungen an die Wasserreinheit, außergewöhnliche Betriebsstabilität und unterbrechungsfreie Dauerleistung.

2. Häufige Kundenherausforderungen

Die zentrale Herausforderung bei der Erzeugung von Halbleiter-Ultrapure Water besteht darin, eine konstant stabile Wasserqualität auf extrem hohem Reinheitsniveau sicherzustellen.

Schwankungen in der Rohwasserqualität können unmittelbar die Widerstandsfähigkeit, die Siliziumdioxid-Konzentration und die Konzentrationen von Spurenionen beeinflussen und dadurch möglicherweise die Wafer-Ausbeute verringern sowie die Produktionsfehlerquote erhöhen.

Konventionelle industrielle Reinstwassersysteme weisen typischerweise nicht ausreichende Reinigungsleistung auf, um Spurenionen, gelöste organische Verbindungen (TOC) und ultrafeine Partikel vollständig zu entfernen, wodurch sie für fortschrittliche Halbleiterfertigungsprozesse ungeeignet sind.

Zusätzlich sind Filterpatronen, Ionenaustauscherharze und Membranelemente anfällig für Verschmutzung und Leistungsabfall, was zu häufigen Wartungspausen führt, die die kontinuierliche Produktion unterbrechen.

Standardausrüstung verwendet oft Rohrleitungssysteme und Lagertanks mit unzureichendem Korrosionswiderstand oder mangelnder Sauberkeit, wodurch das Risiko einer Sekundärkontamination durch Materialauslaugung steigt.

Da Halbleiter-Fertigungsstätten kontinuierlich erweitert werden und sich die Fertigungstechnologien rasch weiterentwickeln, bieten herkömmliche Wasseraufbereitungssysteme mit festem Design nur begrenzte Flexibilität für Anlagen-Upgrades und Kapazitätserweiterungen. Hersteller benötigen zunehmend hochgradig maßgeschneiderte, skalierbare und international konforme UPW-Systeme, die speziell für die fortschrittliche Halbleiterfertigung entwickelt wurden.

3. Behandlungsprozess und Konfiguration der Kernanlagen

Um die strengen Wasserqualitätsanforderungen der Halbleiterfertigung zu erfüllen, setzen wir einen bewährten mehrstufigen UPW-Herstellungsprozess ein, der folgende Schritte umfasst:

Vorbehandlung → Zweifach-Durchlauf-Umkehrosmose (RO) → Elektrodenionisation (EDI) → Mischbett-Politur → Letzte Präzisionsfiltration

Das Rohwasser durchläuft zunächst eine Vorbehandlung mittels Mehrmedienfiltration, Aktivkohlefiltration und Präzisions-Kartuschenfiltration, um suspendierte Feststoffe, Restchlor, kolloidale Verunreinigungen und große organische Moleküle zu entfernen.

Das vorgereinigte Wasser durchläuft dann ein Zweipass-Umkehrosmose-(RO-)System, um den Großteil der gelösten Salze, Kieselsäure und Metallionen zu entfernen.

Ein fortschrittliches Elektrodenionisations-(EDI-)System entfernt kontinuierlich die verbleibenden ionischen Verunreinigungen ohne chemische Regeneration und beseitigt so das Risiko einer Sekundärkontamination, das mit der konventionellen Regeneration von Ionenaustauschern verbunden ist.

Schließlich erzeugt ein polierendes Mischbett-Ionenaustauschsystem zusammen mit einer abschließenden Ultrafiltration ultrareines Wasser mit einer stabilen Widerstandsfähigkeit von 18,25 MΩ·cm, das sämtliche Anforderungen moderner Halbleiterfertigungsprozesse vollständig erfüllt.

Kernausstattung umfasst:

• Vollautomatische Vorbehandlungssysteme
• Zweipass-Antifouling-Umkehrosmoseeinheiten
• EDI-Ultrareinwassersysteme
• Polierende Mischbett-Ionenaustauscheinheiten
• Abschließende Präzisionsfiltersysteme
• Intelligente elektrische Steuerungssysteme
• Hochpräzise Online-Wasserqualitäts-Messgeräte

4. Vorteile der Lösung

Diese Lösung ist speziell für fortschrittliche Halbleiterfertigungsprozesse konzipiert und erzeugt kontinuierlich ultrareines Wasser, das den höchsten Industriestandards entspricht.

Kritische Wasserqualitätsparameter – darunter TOC, Partikelkontamination, Kieselsäure und Spurenmetallionen – werden präzise gesteuert, um die Waferausbeute und die Fertigungszuverlässigkeit zu maximieren.

Wir bieten vollständig maßgeschneiderte Engineering-Lösungen basierend auf Reinraum-Layout, Prozesstechnologie-Knoten, Produktionskapazität und Rohwassereigenschaften. Hochreine korrosionsbeständige Rohrleitungen, kompakte skidmontierte Geräte sowie modulare Erweiterungskonzepte verhindern wirksam sekundäre Kontaminationen und ermöglichen zukünftige Kapazitätserweiterungen.

Alle Kernkomponenten – einschließlich der Geräte, elektrischen Steuerungssysteme und Wasseraufbereitungselemente – sind nach CE-, UL- und ISO-Normen zertifiziert und gewährleisten so die Einhaltung internationaler Sicherheitsvorschriften sowie der Anforderungen an die Halbleiterfertigung weltweit.

Der mehrstufige Reinigungsprozess umfasst eine intelligente Wasserqualitätsüberwachung und eine automatische Prozesssteuerung und bietet hervorragende Stabilität gegenüber Schwankungen des Rohwassers, wodurch die Lebensdauer von Membranen, Harzen und Filterkomponenten verlängert wird.

Das modulare integrierte Design minimiert den erforderlichen Installationsraum, ermöglicht einen schnellen Einsatz und bietet außergewöhnliche Flexibilität für die Erweiterung von Halbleiter-Fabs sowie für Prozess-Upgrade-Maßnahmen.

5. Projektbeispiele und unterstützende Dokumentation

Wir haben bereits mit Erfolg Ultrapure-Water-Systeme für mehrere Wafer-Fertigungsanlagen sowie für Halbleiter-Montage- und Testanlagen geliefert.

Ein repräsentatives Projekt ist ein Ultrapure-Water-(UPW)-System für eine fortschrittliche 12-Zoll-Halbleiter-Fabrik, bei dem das Produktwasser kontinuierlich eine elektrische Widerstandsfähigkeit von 18,25 MΩ·cm aufrechterhält und damit vollständig den höchsten Spezifikationen für Halbleiter-Ultrapure Water entspricht.

Das System hat einen zuverlässigen, ganzjährig kontinuierlichen Betrieb nachgewiesen und unterstützt eine stabile Hochvolumen-Halbleiterproduktion; zudem hat es sowohl die Werksabnahmeprüfung (FAT) als auch branchenübliche Konformitätsinspektionen erfolgreich bestanden.

Zu den unterstützenden Unterlagen zählen:

• Eigene Patente für Halbleiter-UPW-Verfahren
• CE-, UL- und ISO-Zertifikate
• Von externen Stellen akkreditierte Wasserqualitätsprüfberichte
• Dokumentation zum Projektabschluss und zur Abnahme
• Leistungsreferenzen aus Benchmark-Halbleiterprojekten

6. Leistungsumfang und Kooperationsprozess

Wir bieten umfassende EPC-Turnkey-Lösungen für Halbleiter-Ultrareinwassersysteme an – inklusive Standortanalyse, Rohwasserqualitätsanalyse, kundenspezifischer Verfahrenstechnik, Konstruktion und Fertigung von Sondergeräten, Installation, Inbetriebnahme, Systemvalidierung, Betriebs- und Wartungsdienstleistungen, System-Upgrades sowie lebenslanger Lieferung von Verbrauchsmaterialien.

Standard-Kooperationsprozess

• Standortanalyse und Rohwasseranalyse – Durchführung einer Vor-Ort-Untersuchung, Entnahme von Wasserproben und Erstellung eines umfassenden Berichts zur Rohwasserqualität.
• Maßgeschneiderte Engineering-Konstruktion – Entwicklung einer speziellen UPW-Anlagenlösung, Gerätekonfiguration und kommerziellen Angebotserstellung basierend auf den Anforderungen des Halbleiterprozesses.
• Gerätefertigung und Bau – Beginn der maßgeschneiderten Gerätefertigung und der Montage vor Ort nach Vertragsbestätigung.
• Installation, Inbetriebnahme und Systemvalidierung – Abschluss der Systeminstallation, Kalibrierung der Parameter sowie kontinuierlicher Probebetrieb, bis sämtliche Wasserqualitätsanforderungen dauerhaft erfüllt sind.
• Projektannahme und technische Schulung – Unterstützung bei den Projektannahmeverfahren sowie umfassende Schulung für Bediener.
• Langfristige technische Unterstützung – Bereitstellung von präventiver Wartung, regelmäßigen Inspektionen, Systemoptimierung, Leistungsverbesserungen und lebenslanger technischer Unterstützung.