Rozwiązanie systemu ultraczystej wody (UPW) do przemysłu półprzewodnikowego

1. Źródła surowej wody, typowe zanieczyszczenia oraz cechy jakości wody

Surowa woda do systemów ultraczystej wody (UPW) przeznaczonej do przemysłu półprzewodnikowego pochodzi zazwyczaj z miejskich sieci wodociągowych lub lokalnych źródeł wody gruntowej. Wytwarzana ultraczysta woda jest stosowana w kluczowych procesach produkcyjnych półprzewodników, takich jak trawienie krzemowych płytek, osadzanie cienkich warstw, planowanie chemiczno-mechaniczne (CMP), czyszczenie płytek, litografia światłoczuła oraz inne zaawansowane procesy wytwarzania, gdzie jakość wody ma bezpośredni wpływ na wydajność produkcji urządzeń i ich niezawodność.

Typowymi zanieczyszczeniami w surowej wodzie są jony twardości – wapń i magnez, substancje zawieszone, cząstki koloidalne, pozostałości chloru, siarczany, krzemiany oraz śladowe ilości metali ciężkich. W zależności od źródła wody mogą również występować śladowe mikroorganizmy oraz całkowity węgiel organiczny (TOC).

Systemy wody ultraczystej (UPW) do przemysłu półprzewodnikowego wymagają jednego z najwyższych standardów jakości wody w nowoczesnej produkcji. Prawie wszystkie rozpuszczone jony, zawieszone cząstki, mikroorganizmy oraz zanieczyszczenia organiczne muszą zostać usunięte. Woda produkcyjna musi osiągać opór elektryczny na poziomie 18,25 MΩ·cm, a zanieczyszczenia cząstkowe, całkowita zawartość węgla organicznego (TOC), krzemionka oraz śladowe stężenia jonów metali muszą być kontrolowane na bardzo niskim poziomie.

W porównaniu z systemami wody ultraczystej stosowanymi w fotowoltaice, akumulatorach litowych lub innych zastosowaniach przemysłowych systemy UPW do przemysłu półprzewodnikowego wymagają znacznie wyższej czystości wody, wyjątkowej stabilności eksploatacyjnej oraz nieprzerwanego działania w trybie ciągłym.

2. Typowe wyzwania klientów

Głównym wyzwaniem w produkcji wody ultraczystej do przemysłu półprzewodnikowego jest utrzymanie spójnej i stabilnej jakości wody na bardzo wysokim poziomie czystości.

Fluktuacje jakości wody surowej mogą bezpośrednio wpływać na opór elektryczny, stężenie krzemionki oraz poziom śladowych jonów, co potencjalnie obniża wydajność krzemowych płytek (wafer) i zwiększa liczbę wad produkcyjnych.

Konwencjonalne przemysłowe systemy czystej wody zwykle nie posiadają wystarczającej zdolności oczyszczania, aby całkowicie usunąć śladowe jony, rozpuszczone związki organiczne (TOC) oraz nadmiernie drobne cząstki, przez co są niewłaściwe do zaawansowanych procesów produkcyjnych półprzewodników.

Ponadto wkłady filtracyjne, żywice wymiany jonowej oraz elementy membranowe są podatne na zanieczyszczenia i degradację wydajności, co prowadzi do częstych przestojów konserwacyjnych przerywających ciągłą produkcję.

Standardowe wyposażenie często wykorzystuje układy rurociągów i zbiorniki magazynowe o niewystarczającej odporności na korozję lub niskiej czystości, zwiększając ryzyko wtórnej kontaminacji spowodowanej wypłukiwaniem materiałów.

W miarę jak fabryki półprzewodników nadal się rozbudowują, a technologie procesowe szybko ewoluują, tradycyjne systemy oczyszczania wody o stałym projekcie oferują ograniczoną elastyczność przy modernizacji zakładów i zwiększaniu ich mocy produkcyjnej. Producentom coraz częściej wymagane są wysoce spersonalizowane, skalowalne oraz zgodne z międzynarodowymi normami systemy wody ultraoczyszczonej (UPW), specjalnie zaprojektowane do zaawansowanej produkcji półprzewodników.

3. Proces oczyszczania i konfiguracja kluczowego wyposażenia

Aby spełnić surowe wymagania jakościowe wody w przemyśle półprzewodników, stosujemy sprawdzony, wielostopniowy proces produkcji wody ultraoczyszczonej (UPW), składający się z następujących etapów:

Pretreatment → Double-Pass Reverse Osmosis (RO) → Electrodeionization (EDI) → Mixed-Bed Polishing → Final Precision Filtration

Surowa woda podlega najpierw pretreatmentowi za pomocą filtracji wieloskładnikowej, filtracji węglem aktywnym oraz precyzyjnej filtracji wkładkowej w celu usunięcia zawiesin, resztek chloru, zanieczyszczeń koloidalnych oraz dużych cząsteczek organicznych.

Wstępnie oczyszczona woda przechodzi następnie przez dwustopniowy system odwróconej osmozy (RO), który usuwa większość rozpuszczonych soli, krzemionki oraz jonów metali.

Zaawansowany system elektrodejonizacji (EDI) ciągle usuwa pozostałe zanieczyszczenia jonowe bez regeneracji chemicznej, eliminując ryzyko wtórnego zanieczyszczenia związanego z konwencjonalną regeneracją wymiany jonowej.

Na końcu układ polerski z mieszanką żywic katalitycznych i anionowych w połączeniu z końcową ultrafiltracją wytwarza wodę ultraczystą o stabilnej rezystywności 18,25 MΩ·cm, spełniającą w pełni wymagania zaawansowanych procesów produkcyjnych półprzewodników.

Główne wyposażenie obejmuje:

• W pełni zautomatyzowane układy wstępnego oczyszczania
• Dwustopniowe jednostki odwróconej osmozy odporno na zanieczyszczenia
• Układy wody ultraczystej z elektrodejonizacją (EDI)
• Polerskie jednostki wymiany jonowej z mieszanką żywic
• Końcowe układy precyzyjnej filtracji
• Inteligentne układy sterowania elektrycznego
• Wysokoprecyzyjne onlineowe przyrządy do monitorowania jakości wody

4. Zalety rozwiązania

To rozwiązanie zostało specjalnie zaprojektowane dla zaawansowanych procesów produkcyjnych półprzewodników i stale wytwarza wodę ultraczystą zgodną z najwyższymi standardami branżowymi.

Kluczowe parametry jakości wody – w tym zawartość węgla organicznego (TOC), zanieczyszczenia cząstkowe, krzemionka oraz śladowe jony metali – są precyzyjnie kontrolowane w celu maksymalizacji wydajności krzemowych płytek i niezawodności produkcji.

Oferujemy w pełni spersonalizowane rozwiązania inżynieryjne, dostosowane do układu czystej strefy, węzła technologii procesu, mocy produkcyjnej oraz cech surowej wody. Rury o wysokiej czystości i odporności na korozję, kompaktowe urządzenia montowane na podwoziach oraz modułowe projekty umożliwiające rozbudowę skutecznie eliminują zanieczyszczenia wtórne i pozwalają na przyszłe modernizacje mocy produkcyjnej.

Wszelkie kluczowe urządzenia, systemy sterowania elektrycznego oraz komponenty oczyszczania wody posiadają certyfikaty zgodności z normami CE, UL oraz ISO, co gwarantuje spełnienie międzynarodowych wymogów bezpieczeństwa i wymagań dotyczących produkcji półprzewodników na całym świecie.

Wieloetapowy proces oczyszczania obejmuje inteligentne monitorowanie jakości wody i automatyczną kontrolę procesu, zapewniając doskonałą odporność na wahania jakości surowej wody oraz wydłużając czas eksploatacji membran, żywic i elementów filtracyjnych.

Modułowa, zintegrowana konstrukcja minimalizuje wymagania dotyczące powierzchni instalacyjnej, umożliwia szybką wdrożenie i zapewnia wyjątkową elastyczność przy rozbudowie fabryk półprzewodników oraz modernizacji procesów.

5. Przykładowe projekty oraz dokumentacja wspierająca

Pomyślnie dostarczyliśmy systemy ultraczystej wody (UPW) dla wielu zakładów produkcyjnych krzemowych płytek (waferów) oraz zakładów montażu i testowania półprzewodników.

Przykładowym projektem jest system ultraczystej wody (UPW) dla zaawansowanej fabryki półprzewodników produkującej 12-calowe płytki, w którym woda produkcyjna utrzymuje stałą rezystywność elektryczną na poziomie 18,25 MΩ·cm, co w pełni spełnia najbardziej rygorystyczne specyfikacje ultraczystej wody stosowanej w przemyśle półprzewodnikowym.

System wykazał niezawodną, ciągłą pracę przez cały rok, zapewniając stabilną produkcję półprzewodników w wysokich objętościach oraz pomyślnie przejdąc zarówno testy akceptacyjne fabryczne (FAT), jak i inspekcje zgodności przemysłowej.

Dokumentacja wspierająca obejmuje:

• Własne patenty na proces wody ultraczystej (UPW) do przemysłu półprzewodnikowego
• Certyfikaty zgodności CE, UL oraz ISO
• Raporty z badania jakości wody wydane przez niezależne, akredytowane laboratoria
• Dokumentacja zakończenia i akceptacji projektu
• Odniesienia dotyczące osiągnięć w projektach półprzewodnikowych stanowiących punkt odniesienia

6. Zakres usług i proces współpracy

Zapewniamy kompleksowe rozwiązania klucz-w-rękę typu EPC dla systemów wody ultraczystej (UPW) do przemysłu półprzewodnikowego, obejmujące analizę lokalizacji, analizę jakości surowej wody, inżynierię procesową dostosowaną do potrzeb klienta, projektowanie i produkcję urządzeń niestandardowych, montaż, uruchomienie, walidację systemu, usługi eksploatacyjne i konserwacyjne, modernizacje systemu oraz dostawę materiałów eksploatacyjnych przez cały okres użytkowania.

Standardowy proces współpracy

• Analiza lokalizacji i jakości surowej wody – Przeprowadzamy szczegółową analizę w terenie, pobieramy próbki wody oraz przygotowujemy kompleksowy raport oceniający jakość surowej wody.
• Dostosowane projektowanie inżynierskie – Opracowanie dedykowanego rozwiązania systemu UPW, konfiguracji urządzeń oraz propozycji handlowej na podstawie wymagań procesowych przemysłu półprzewodnikowego.
• Produkcja sprzętu i budowa – Rozpoczynamy produkcję urządzeń dostosowanych do specyfiki zamówienia oraz montaż na miejscu po potwierdzeniu umowy.
• Montaż, uruchomienie i walidacja systemu – Zakończenie montażu systemu, kalibracji parametrów oraz ciągłej próby eksploatacji aż do uzyskania zgodności ze wszystkimi specyfikacjami jakości wody.
• Akceptacja projektu i szkolenie techniczne – Wsparcie w procedurach akceptacji projektu oraz zapewnienie kompleksowego szkolenia operatorów.
• Długoterminowe wsparcie techniczne – Zapewnienie konserwacji zapobiegawczej, przeglądów okresowych, optymalizacji systemu, ulepszeń wydajności oraz wsparcia technicznego przez cały okres użytkowania.