集成电路（IC）制造过程中，水的纯净度要求高，任何杂质都会影响芯片的质量和生产效率。因此，集成电路生产需要使用超纯水（UPW）系统，它能够提供满足高标准的水质要求。超纯水系统的工艺设计和施工非常复杂，涉及多个阶段和多个处理单元，以确保水质达到所需的纯净度。以下是超纯水系统的工艺流程及其施工要点。
1.集成电路超纯水系统的工艺
超纯水系统的主要目的是去除水中的所有杂质，包括离子、微生物、颗粒、溶解的气体等。为了达到这一目的，超纯水系统通常采用以下几种工艺：
1.1水源预处理
水源预处理主要是去除水中的大颗粒物质、氯离子、有机物及其他影响后续工艺的物质。常见的预处理单元包括：
粗过滤：采用滤网、砂滤器等设备去除水中的大颗粒杂质。
活性炭过滤：去除水中的有机物、氯和其他可能影响后续工艺的物质。
软化：利用离子交换树脂去除水中的硬度（主要是钙、镁离子），避免水中的钙、镁离子结垢。
1.2反渗透（RO）
反渗透（RO）是超纯水系统中关键的水处理技术之一。它通过半透膜的作用，能够有效去除水中的溶解性物质，包括绝大部分的溶解盐、细菌和有机物。RO系统能够将水的总溶解固体（TDS）减少到几PPM（百万分之一），为进一步纯化提供基础。
1.3去离子处理（EDI）
去离子处理（Electrodeionization，EDI）是反渗透之后的重要工艺。EDI系统通过电场作用将水中的离子（如Na⁺、Ca²⁺、Cl⁻等）去除。这一过程在RO膜过滤后的水基础上进一步去除微量的溶解离子，通常可以达到超纯水的要求（水中的TDS接近0）。
1.4混床（MixedBed）离子交换
混床离子交换技术是超纯水系统中的最后一道工艺，它通过特定的离子交换树脂，进一步去除水中的离子杂质，确保最终水质达到高的纯度。混床可以有效去除EDI后仍存在的少量离子，进一步提高水质。
1.5超滤和紫外线消毒
在某些情况下，超滤和紫外线消毒也是超纯水系统的一部分。超滤可以去除水中的微小颗粒、细菌等，而紫外线消毒则用于灭菌，确保水质中的微生物含量极低。
1.6储水与循环系统
超纯水系统通常配备储水罐和循环系统，以确保超纯水能够稳定供应给生产线。储水罐用于存储超纯水，保持水质稳定；循环系统则能够保证水流量恒定，并防止水质发生变化。
2.超纯水系统的施工
集成电路超纯水系统的施工包括系统设计、设备安装、管道施工、电气安装和调试等多个环节。施工时需要特别注意以下几点：
2.1系统设计与布局
在设计超纯水系统时，需要考虑水源的水质、使用的设备类型、处理能力以及最终水质的要求。设计应满足以下要求：
水源评估：根据水源的水质（如自来水、地下水或回用水）设计预处理方案。
设备选型：选择适合的RO膜、EDI、混床、超滤和紫外线消毒等设备，确保水质达到设计要求。
水量需求：根据集成电路生产工艺的用水量确定系统处理能力，避免过度设计或处理能力不足。
2.2管道系统的安装
超纯水系统的管道设计和安装至关重要，因为它直接影响到水质的纯净度。施工时需要注意：
管道材料选择：应选择耐腐蚀、无污染的材料，如不锈钢、PVDF、PTFE等，避免管道与水接触时产生杂质或污染水质。
管道布局：管道布局要避免死角和回流区，确保水流畅通，并能有效地进行清洗和消毒。
管道清洗与消毒：在安装完成后，需要对管道进行清洗和消毒，确保无污染源。
2.3电气安装与自动控制
超纯水系统通常需要自动控制系统来监控和调节水处理过程。电气安装和自动化系统的建设需遵循以下原则：
自动化控制系统：系统应配备PLC、传感器、流量计、压力表等自动控制设备，实时监测水质、流量、压力等关键参数。
警报系统：系统需要配备故障报警系统，能够在水质不达标或设备出现故障时自动报警。
电源安全：系统的电气部分应符合相关的安全标准，确保供电稳定并避免电气故障对系统造成损害。
2.4系统调试与测试
超纯水系统安装完成后，需要进行严格的调试和测试，以确保系统的各个环节正常工作：
调试步骤：首先检查所有设备的安装是否正确，管道是否密封；然后逐步启动各个设备，检查系统运行状态。
水质测试：测试系统中各个处理环节的水质，确保每个阶段的水质符合设计要求。尤其需要对超纯水的TDS、pH值、电导率等指标进行测试。
性能验证：验证系统的运行稳定性和可靠性，确保其能够长期稳定提供超纯水。
2.5人员培训与交付使用
在系统正式投入使用前，需要对操作人员进行培训，确保他们了解系统的操作流程、维护要求和应急处理方法。
3.总结
集成电路超纯水系统是集成电路制造中的基础设施，其工艺涉及多个水处理步骤，如预处理、RO反渗透、EDI去离子、混床离子交换等。系统的施工过程需要精细设计和精确安装，包括设备选型、管道布局、电气控制及系统调试等。通过系统化的设计与施工，可以确保最终的超纯水质量满足集成电路生产对水质的高标准要求，从而保证生产过程的高效与稳定。
