Фильтрация деионизованной воды при производстве микроэлектроники

Производства полупроводников, интегральных микросхем, печатных плат, ЖК-дисплеев являются потребителями большого количества деионизованной воды. Она требуется в процессах фотолитографии, резки, отмывки и для работы систем охлаждения, вентиляции и кондиционирования.

Деионизованная вода характеризуется глубокой степенью обессоливания, в зависимости от ее марки, а также отсутствием коллоидных, механических частиц и микроорганизмов. Она не должна привносить с собой никаких посторонних примесей, которые способны оказать влияние на протекание технологического процесса и привести к браку готовой продукции. В зависимости от типа процесса требуется разная степень обессоливания воды и варьируется допустимый размер частиц. В России основными документами, регулирующими качество деионизованной воды, являются отраслевой стандарт ОСТ 11.029.003 1980 года и ГОСТ 9.314. Согласно ОСТ деионизованная вода подразделяется на 3 марки: «А» с сопротивлением 18 МОм х см, «Б» с сопротивлением 10 МОм х см и «В» с сопротивлением 1 МОм х см. Также в стандарте прописаны требования по содержанию железа, кремния, бора и других ионов, углекислоты, ООУ (TOC), микроорганизмов и размеру частиц. В США и Европе действует стандарт ASTM D-5127, который предусматривает более гибкую градацию по маркам и предъявляет более жесткие требования к содержанию отдельных ионов.

Максимальное сопротивление деионизованной воды составляет 18,2 МОм х см пи характеризуется значением рН, равным 7 ед. Такая вода имеет максимальную степень очистки и практически не проводит электрический ток (электрическая проводимость – величина обратно пропорциональная электрическому сопротивлению – составляет 0,055 мкСм х см^-1). Получение воды с высокой глубиной обессоливания – сложный многоступенчатый процесс, который включает в себя:

1. Предварительную очистку воды. Состав оборудования, устанавливаемый на данном этапе, зависит от анализа исходной воды и может включать предварительное введение окислителя (кислорода воздуха, активного хлора, озона), коагуляцию, флокуляцию, механическую очистку на напорных песчаных фильтрах, ультрафильтрацию, каталитическое обезжелезивание, умягчение на ионообменных смолах, удаление органических соединений и/или дехлорирование, ультрафиолетовое обеззараживание, микрофильтрацию, дозирование ингибиторов образования осадка, метабисульфита натрия для удаления остаточного активного хлора и др. Выбор метода предварительной очистки выбирается индивидуально под исходную воду. Общее правило – максимально защитить оборудование стадий обессоливания, конечно, учитывая баланс капитальных и операционных затрат. Более подробно с методами предварительной подготовки воды и оборудованием Вы можете познакомиться в разделе нашего сайта, посвященного водоподготовке.
2. Предварительное обессоливание. На данной стадии из воды извлекается большая часть (> 99%) растворенных солей. В большинстве случаев для этого используют процесс обратного осмоса, реже – последовательное прохождение через слой сильнокислотного и сильноосновного ионитов (или сильнокислотного – слабоосновного – сильноосновного). В полученном пермеате общее солесодержание составляет менее 10 мг/л. Далее, в зависимости от содержания кальция, магния, кремния, бора и учета еще ряда факторов выбор может быть сделан в пользу второй ступени обратного осмоса или ступени умягчения/ФСД. Солесодержание пермеата второй ступени варьируется в пределах 1 -3 мг/л.
3. Глубокое обессоливание. Осуществляется на установках непрерывной электродеионизации воды или на фильтрах смешанного действия. В отличие от обессоливания на фильтрах смешанного действия процесс электродеионизации не требует применения кислот и щелочей для регенерации ионитов, поскольку идет непрерывное восстановление обменной емкости смол за счет электрического тока. Перед процессом электродеионизации рекомендуется удалить из пермеата свободную углекислоту. Максимальная эффективность достигается на мембранных дегазаторах с применением азота или вакуума.
4. Хранение воды в петле рециркуляции. Мы рассмотрели стадии получения деионизованной воды с высоким электрическим сопротивлением и выяснили, что это непростой процесс. Но сохранить полученную деионизованную воду на практике оказывается не менее сложной задачей. Очищенная вода не должна постоянно циркулировать, в случае ее застоя качестве падает стремительно. Полученная вода должна быть изолирована от контакта с воздухом по двум причинам:

• В случае контакта с воздухом происходит насыщение воды углекислотой в результате чего удельное сопротивление снижается до 4 МОм х см в течение 1 часа
• Воздух является потенциальным источником микробиологического заражения

Поэтому хранение воды осуществляется в петле рециркуляции, которая включает:

• Емкость из высокочистого полимерного материала (полипропилен, полиэтилен)
• Подушку из высокочистого азота в емкости хранения
• Дыхательный фильтр на емкости с рейтингом 0,2 мкм
• Насос с рабочей частью из полимера или из нержавеющей стали AISI 316L с Ra <0,8 мкм
• Теплообменник для поддержания оптимальной температуры воды
• Фильтр смешанного действия
• УФ стерилизатор, желательно с длиной волны излучателя 185 нм.
• Патронные фильтры с ассиметричной мембраной из полиэфирсульфона 0,2 мкм, 0,1 мкм и до 0,03 мкм в зависимости от техпроцесса.
• Модуль мембранной дегазации
• Средства аналитического контроля
• Трубопроводы из высокочистого полипропилена или поливинилиденфторида, соединенного по технологии бесшовной сварки.

Для фильтрации деионизованной воды ООО «ДФильтр» поставляет:

1. Оборудование для стадии предварительной подготовки воды:
   1. Модули обезжелезивания
   2. Модули умягчения воды на Na⁺ - катионитовых фильтрах 
   3. Модули адсорбционной очистки
   4. Оборудование для обеззараживания: ультрафиолетовые стерилизаторы, дозирующие станции
   5. Модули микрофильтрации 

2. Оборудование для обессоливания:
   1. Установки обратного осмоса и обратноосмотические мембраны
   2. Установки непрерывной электродеионизации воды и сменные модули IonPure

3. Оборудование для поддержания качества воды в петле рециркуляции:
   1. Мембранные патронные фильтры с мембраной из полипропилена или полиэфирсульфона предварительно отмытые в деионизованной воде.
   2. Дыхательные стерилизующие фильтры для емкостей хранения.
   3. Генераторы азота для снабжения емкостей хранения чистым азотом.
   4. Стерилизующие фильтры в исполнении Amazon Filters и Donaldson для снабжения стерильным сжатым азотом и воздухом.