Применение ионообменной смолы в производстве сверхчистой воды для электронной промышленности

1. Отрасль применения

Ионообменные смолы широко используются в электронной промышленности и производстве полупроводников, в основном для производства сверхчистой воды.

При производстве пластин, интегральных схем, ЖК-панелей, светодиодных чипов и фотоэлектрических элементов сверхчистая вода используется для очистки пластин, очистки оборудования, приготовления химикатов и охлаждения в процессе производства. Поскольку электронные компоненты требуют чрезвычайно высокой точности обработки, даже следовые количества ионов, металлических примесей и органических загрязнителей в воде могут повлиять на качество продукции. Следовательно, производственная вода в этой отрасли должна соответствовать очень строгим требованиям к чистоте.

2. Проблемы, которые необходимо решить

Обычная водопроводная или сырая вода обычно содержит ионы кальция, магния, натрия, хлорид-ионы, сульфат-ионы и ионы металлов, такие как железо и медь. Если эти примеси попадают непосредственно в процесс производства электроники, они могут вызвать следующие проблемы:

• Остатки ионов на поверхности пластин: Ионные примеси в воде могут оставаться на поверхности пластины и влиять на последующие процессы фотолитографии, травления и нанесения покрытий.

• Снижение выхода продукции: Следовые примеси могут вызывать короткие замыкания, утечки или нестабильную работу цепей.

• Загрязнение оборудования и трубопроводов: Ионы металлов и другие примеси могут оседать внутри оборудования и влиять на производственный процесс.

• Нестабильные химические реакции: Нечистая вода может влиять на чистоту и стабильность электронных химикатов.

• Низкая эффективность очистки: Обычная вода не может эффективно удалять загрязнители с пластин и прецизионных компонентов.

• Более высокие производственные затраты: Увеличивается процент брака продукции, а также учащаются случаи очистки оборудования, технического обслуживания и простоя.

Таким образом, основная проблема, которую необходимо решить электронной промышленности, заключается в следующем:

Как удалить растворенные ионы и следовые примеси из воды для производства высокочистой или сверхчистой воды, соответствующей требованиям процессов производства электроники.

3. Решение

Предприятия обычно используют комбинированный процесс обратного осмоса (RO) + ионообменной смолы + финальной полировки для производства сверхчистой воды.

После предварительной обработки и обратного осмоса удаляется большая часть взвешенных твердых частиц, органических веществ, солей и микроорганизмов из воды. Затем вода поступает в ионообменную систему, где катионообменная смола и анионообменная смола дополнительно удаляют остаточные ионы.

Основной принцип заключается в следующем:

• Катионообменная смола: Удаляет из воды катионы, такие как Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, Fe³⁺ и Cu²⁺, и высвобождает H⁺.

• Анионообменная смола: Удаляет из воды анионы, такие как Cl⁻, SO₄²⁻, HCO₃⁻ и NO₃⁻, и высвобождает OH⁻.

• Комбинация H⁺ и OH⁻: Высвобожденные H⁺ и OH⁻ объединяются, образуя молекулы воды, что еще больше снижает содержание ионов в воде.

• Смешанная ионообменная смола: На стадии финальной полировки используется смешанная ионообменная смола для удаления следовых остаточных ионов и улучшения удельного сопротивления и чистоты производимой воды.

Типичный технологический процесс выглядит следующим образом:

Сырая вода → Многослойная фильтрация → Фильтрация активированным углем → Картриджная фильтрация → Система обратного осмоса → Катионообменник → Анионообменник → Смешанный ионообменник → Точка использования сверхчистой воды

На некоторых производственных линиях с более высокими требованиями к качеству воды могут быть добавлены ультрафиолетовое обеззараживание, финальная фильтрация и ультрафильтрация для дальнейшего контроля органических веществ, микроорганизмов и частиц.

4. Конкретный сценарий применения

На примере очистки пластин, после фотолитографии, травления, ионной имплантации и других процессов на поверхности пластины могут оставаться химические остатки, частицы и металлические загрязнения. Производители полупроводников используют сверхчистую воду, очищенную ионообменной смолой, для многократного ополаскивания пластин, эффективно снижая содержание ионных примесей и металлических загрязнений в воде.

После очистки на поверхности пластины снижается вероятность образования новых ионных остатков, что уменьшает количество дефектов цепи, вызванных проблемами с качеством воды, и повышает точность обработки чипов и выход продукции.

5. Результаты применения

После применения ионообменной смолы для производства сверхчистой воды производители электроники могут достичь следующих результатов:

• Снижение содержания ионов в воде, что соответствует требованиям к очистке пластин и прецизионных электронных компонентов.

• Снижение загрязнения ионами металлов, что уменьшает риск утечек, коротких замыканий и аномальной работы продукции.

• Улучшение выхода продукции, что снижает процент брака продукции, вызванного некачественной водой.

• Защита производственного оборудования, что снижает осаждение ионов и загрязнение внутри трубопроводов и оборудования.

• Улучшение химической стабильности, что предотвращает вмешательство примесей в воде в производственные процессы.

• Более стабильная непрерывность производства, что снижает время простоя и техническое обслуживание, вызванные проблемами с качеством воды.

• Снижение общих производственных затрат, повышение экономической эффективности за счет сокращения переделок, брака и технического обслуживания оборудования.

6. Краткое изложение случаев

В электронной промышленности и производстве полупроводников ионообменная смола в основном используется для удаления растворенных ионов и металлических примесей из воды и производства высокочистой и сверхчистой воды. Эта технология решает такие проблемы, как ионное загрязнение обычной воды, остатки на поверхности пластин и снижение выхода продукции. Это важная часть систем водоподготовки для производства электроники.