Con el rápido desarrollo de las industrias de semiconductores y electrónica, la demanda de equipos avanzados para el tratamiento de agua continúa creciendo. Las tecnologías de agua ultrapura (AUP) se han desarrollado rápidamente en todo el mundo y ahora se utilizan ampliamente en los sectores de fabricación de semiconductores, microelectrónica, optoelectrónica, PCB, LCD y otras industrias de alta tecnología.
La industria china del agua ultrapura está experimentando actualmente un rápido crecimiento, aunque sigue existiendo una brecha en comparación con las tecnologías internacionales líderes. A medida que las líneas de producción de semiconductores continúan expandiéndose, la demanda de sistemas de agua ultrapura para semiconductores aumenta significativamente.
El agua ultrapura moderna de grado semiconductor se evalúa utilizando múltiples parámetros críticos de calidad del agua, que incluyen:
- Resistividad
- COT (Carbono Orgánico Total)
- Bacterias
- Partículas
- OD (Oxígeno Disuelto)
- Sílice disuelta
- Contaminantes iónicos
- Impurezas metálicas
Estos contaminantes pueden tener un impacto significativo en los dispositivos semiconductores y en el rendimiento de la producción. Por lo tanto, los sistemas de tratamiento de agua ultrapura deben diseñarse cuidadosamente para cumplir con las estrictas especificaciones de calidad del agua.
En aplicaciones de litografía de inmersión, el sistema de tratamiento de agua ultrapura funciona como un subsistema automatizado del sistema de control de inmersión. Sus funciones principales son preparar agua ultrapura, eliminar contaminantes y asegurar que el fluido de inmersión cumpla con las especificaciones de rendimiento requeridas para el funcionamiento confiable del equipo de litografía.
1. Estándares de calidad del agua ultrapura para la industria de semiconductores
El agua producto de los equipos de agua ultrapura de grado electrónico está diseñada para cumplir con los requisitos aplicables de calidad del agua ultrapura ASTM, así como con los estándares de calidad del agua relevantes de la industria electrónica y de semiconductores.
Las especificaciones de calidad del agua de referencia incluyen:
- Estándares de calidad de agua ultrapura ASTM
- Estándares técnicos chinos de calidad de agua de grado electrónico
- Clasificaciones de resistividad del agua de grado electrónico de:
- 18 MΩ·cm
- 15 MΩ·cm
- 10 MΩ·cm
- 2 MΩ·cm
- 0.5 MΩ·cm
- Estándares de prueba chinos para agua de alta pureza en la industria electrónica
- Especificaciones de agua purificada de la industria de semiconductores
- Estándares de calidad del agua para circuitos integrados japoneses
- Requisitos de calidad del agua nacionales e internacionales para la fabricación de circuitos integrados a gran escala
Para la fabricación de semiconductores, la calidad del agua debe seleccionarse de acuerdo con el proceso específico, la geometría del dispositivo, los requisitos de limpieza y los objetivos de control de la contaminación.
2. Requisitos de calidad del agua para la limpieza de semiconductores
Las industrias emergentes como la fabricación de semiconductores, la producción de materiales optoelectrónicos, las pantallas LCD, las pantallas de plasma PDP, los tubos de visualización de alta calidad, la microelectrónica, la fabricación de FPC/PCB y los circuitos integrados requieren grandes cantidades de agua de alta pureza y ultrapura para la limpieza de productos semiacabados y acabados.
A medida que aumenta la densidad de integración y la precisión de los circuitos integrados, los requisitos de agua ultrapura se vuelven cada vez más estrictos.
Esto impone mayores exigencias a los sistemas de tratamiento de agua para semiconductores en términos de:
- Pureza del agua
- Estabilidad del proceso
- Facilidad de operación
- Automatización
- Capacidad de producción continua
- Fiabilidad operativa a largo plazo
- Rendimiento sostenible del sistema
Por lo tanto, el AUP de alta calidad es un servicio crítico para controlar la contaminación y mantener la consistencia de la producción en las instalaciones modernas de semiconductores.
3. Aplicaciones del agua ultrapura en las industrias electrónica y de semiconductores
Los sistemas de agua ultrapura para semiconductores y electrónica se pueden utilizar en una amplia gama de aplicaciones, que incluyen:
- Materiales semiconductores, componentes electrónicos, placas de circuito impreso y circuitos integrados
- Limpieza de láminas de aluminio y piezas de trabajo durante la fabricación de condensadores electrolíticos
- Producción de tubos electrónicos y preparación de soluciones de carbonato para el recubrimiento de cátodos de tubos electrónicos
- Agua purificada para la preparación de materiales en la fabricación de tubos de imagen y tubos de rayos catódicos
- Agua purificada para la limpieza de carcasas de vidrio, precipitación, humectación, lavado de películas y limpieza de cuellos durante la producción de tubos de imagen en blanco y negro
- Limpieza de paneles LCD y preparación de soluciones de proceso utilizando agua purificada
- Limpieza de obleas de silicio durante la fabricación de transistores, con una proporción menor utilizada para la preparación de soluciones químicas
- Limpieza con agua de alta pureza de obleas de silicio durante la fabricación de circuitos integrados
- Fabricación de pantallas LCD y PDP
- Producción de tubos de visualización de alta calidad y materiales fosforescentes
- Producción, procesamiento y limpieza de materiales semiconductores y de obleas
- Producción de materiales ultrapuros, reactivos químicos ultrapuros y materiales químicos de alta pureza
- Laboratorios e instalaciones de producción a escala piloto
- Pulido y tratamiento de superficies en la fabricación de automóviles y electrodomésticos
- Productos optoelectrónicos y otros productos de tecnología de alta precisión
4. Procesos típicos de tratamiento de agua ultrapura para semiconductores
Se pueden utilizar varias configuraciones de proceso para producir agua ultrapura de grado semiconductor. El diseño apropiado depende de la calidad del agua de alimentación, la resistividad requerida, la capacidad de producción y los requisitos específicos del proceso.
Proceso 1: RO + Lecho mixto + Lecho mixto de pulido
Sistema de pretratamiento
↓
Sistema de ósmosis inversa (RO)
↓
Tanque de agua intermedio
↓
Intercambiador de iones de lecho mixto primario
↓
Intercambiador de iones de lecho mixto de pulido
↓
Tanque de agua purificada
↓
Bomba de agua purificada
↓
Esterilizador UV
↓
Lecho mixto de pulido
↓
Filtro de precisión
↓
Punto de uso
Resistividad objetivo: ≥18 MΩ·cm
Este es un proceso tradicional de tratamiento de agua ultrapura basado principalmente en RO y pulido de intercambio iónico.
Proceso 2: RO + EDI + Lecho mixto de pulido
Pretratamiento
↓
Ósmosis inversa (RO)
↓
Tanque de agua intermedio
↓
Bomba de agua
↓
Electrodesionización (EDI)
↓
Tanque de agua purificada
↓
Bomba de agua purificada
↓
Esterilizador UV
↓
Lecho mixto de pulido
↓
Filtro de precisión de 0.2 o 0.5 μm
↓
Punto de uso
Resistividad objetivo: ≥18 MΩ·cm
Este proceso moderno combina ósmosis inversa con EDI y tratamiento de pulido final para lograr agua ultrapura de alta calidad.
Proceso 3: RO de dos pasos + EDI
Pretratamiento
↓
Ósmosis inversa de primer paso
↓
Sistema de dosificación química para ajuste de pH
↓
Tanque de agua intermedio
↓
Ósmosis inversa de segundo paso con membrana de RO cargada positivamente
↓
Tanque de agua purificada
↓
Bomba de agua purificada
↓
Sistema EDI
↓
Esterilizador UV
↓
Filtro de precisión de 0.2 o 0.5 μm
↓
Punto de uso
Resistividad objetivo: ≥17 MΩ·cm
Esta configuración proporciona una desalinización mejorada y eliminación de contaminantes iónicos a través de RO de dos etapas seguido de electrodesionización.
Proceso 4: RO + EDI
Pretratamiento
↓
Ósmosis inversa
↓
Tanque de agua intermedio
↓
Bomba de agua
↓
Sistema EDI
↓
Tanque de agua purificada
↓
Bomba de agua purificada
↓
Esterilizador UV
↓
Filtro de precisión de 0.2 o 0.5 μm
↓
Punto de uso
Resistividad objetivo: ≥15 MΩ·cm
Este proceso proporciona una solución relativamente optimizada para producir agua de alta resistividad, reduciendo al mismo tiempo la dependencia de los sistemas de intercambio iónico regenerados químicamente.
Proceso 5: RO + Intercambio iónico de doble lecho mixto
Sistema de pretratamiento
↓
Sistema de ósmosis inversa
↓
Tanque de agua intermedio
↓
Bomba de agua purificada
↓
Intercambiador de iones de lecho mixto primario
↓
Intercambiador de iones de lecho mixto de pulido
↓
Esterilizador UV
↓
Filtro de precisión
↓
Punto de uso
Resistividad objetivo: ≥15 MΩ·cm
Este es un proceso de pulido convencional basado en intercambio iónico.
5. Flujo típico del sistema de agua ultrapura
El flujo del proceso que se muestra en el diagrama del sistema se puede resumir como:
Agua cruda
↓
Tanque de agua cruda
↓
Bomba de refuerzo de agua cruda
↓
Filtro de arena
↓
Filtro de carbón activado
↓
Ablandador de agua
↓
Filtro de precisión
↓
Bomba de alta presión
↓
Sistema de RO de primer paso
↓
Tanque de agua purificada de primer paso
↓
Sistema de RO de segundo paso
↓
Tanque de agua purificada de segundo paso
↓
Módulo EDI
↓
Tanque de agua ultrapura
↓
Agua producto / Punto de uso
Esta combinación de pretratamiento, ósmosis inversa de doble paso, EDI y almacenamiento final de agua ultrapura proporciona una plataforma de proceso robusta para la fabricación de semiconductores y electrónica.
6. Características clave del equipo de agua ultrapura para semiconductores
Para satisfacer los requisitos del cliente y lograr la calidad del agua especificada, los sistemas de agua ultrapura para semiconductores están diseñados para minimizar la contaminación en cada etapa del tratamiento, extender la vida útil del equipo y reducir los requisitos de mantenimiento del operador.
Pretratamiento integral
Cuando se utiliza agua del grifo municipal como fuente de alimentación, la sección de pretratamiento puede incluir:
- Filtración multimedia
- Filtración de carbón activado
- Ablandamiento por iones de sodio
- Filtración de precisión
Estos procesos protegen las membranas de ósmosis inversa aguas abajo y los equipos de purificación de sólidos en suspensión, cloro, dureza y otros contaminantes.
RO y desionización avanzada
El sistema de purificación principal puede incorporar:
- Ósmosis inversa
- Intercambio iónico de lecho mixto
- Electrodesionización EDI
Se pueden seleccionar diferentes configuraciones según la calidad de agua ultrapura requerida.
Protección automática de nivel y presión
Los tanques de agua están equipados con control automático de nivel, mientras que las bombas incorporan dispositivos de protección de presión adecuados para mejorar la seguridad operativa y la fiabilidad del sistema.
Monitoreo en línea de la calidad del agua
Los instrumentos de monitoreo y control en línea de la calidad del agua permiten a los operadores rastrear continuamente el rendimiento del sistema y la calidad del agua del producto.
Alto grado de automatización
Mediante el control y monitoreo automático del proceso, el sistema puede lograr un funcionamiento altamente automatizado y reducir significativamente la necesidad de supervisión manual continua.
Selección flexible de materiales y componentes
Los materiales y componentes se pueden seleccionar combinando las especificaciones de ingeniería recomendadas con los requisitos del cliente. Esto permite que el sistema logre un equilibrio favorable entre:
- Calidad del agua
- Fiabilidad del equipo
- Costo de operación
- Requisitos de mantenimiento
- Relación costo-rendimiento general
Conclusión
Un sistema de agua ultrapura para semiconductores es una parte crítica de la fabricación moderna de semiconductores, microelectrónica, obleas, LCD, PCB y optoelectrónica.
Al combinar tecnologías como filtración multimedia, filtración de carbón activado, ablandamiento de agua, ósmosis inversa, EDI, intercambio iónico de lecho mixto, tratamiento UV y filtración de precisión, el sistema puede producir agua ultrapura de alta resistividad para procesos exigentes de limpieza y producción.
Dependiendo de la configuración del proceso, la resistividad del agua producto puede alcanzar aproximadamente 15–18 MΩ·cm o más, lo que respalda el control de la contaminación, la limpieza de obleas, la producción de circuitos integrados y otras aplicaciones de fabricación de precisión.