纯水系统规划及基本设计

D:\temp\1571601930970.doc\19/10/21CERTIFIEDPROJ.MGRDATE0INITIALISSUECLIENTDATEREV.DESCRIPTIONBYCHK.APPR.DATESHEET1OF54GPureWaterSystemPlanandBasicDesignGuide纯水系统规划及基本设计作业指引技术手册高科技项目/水气化组纯水系统规划及基本设计作业指引2OF50DATEREV.0D:\temp\1571601930970.doc\19/10/21目录章节页次1.0系统简介32.0设计准则223.0纯水系统设计重点294.0应研读之法规、标准、书籍或数据445.0附件45纯水系统规划及基本设计作业指引3OF50DATEREV.0D:\temp\1571601930970.doc\19/10/211.0系统简介1.1基本概念1.超纯水之定义DI=Deionized,DIWater=DeionizedWater，为去离子之意，亦即通称之纯水(PUREWATER)，近来由于半导体制程对designrule之需求朝更精密更细小的趋势发展，因而对纯水水质的要求也越趋严格，在此一严格水质要求下所制造出来称之超纯水(Ultra-purewater)。其狭义之意义：为去离子之水，将水中之离子(如Na+、Ca++、Mg++、AI+++、C1-、F-、SO4--、NO3-、etc.)予以去除，降低其离子浓度，提高水之电阻值(Ω-cm)。其广义之意义：为除了除去水中离子之外，亦将水中之SiO2，Particles，Bacterizes，OrganicMatters，Microbiology一并予有限度的去除，使水达到完全纯净的程度，而用于电子工业之上。2.纯水纯净度判定要项(1)Resistively(MΩ-cm)(2)Particles(PSC/cc)(3)Bacteria(COLONIES/100cc)(4)T.D.S(PPM)(5)T.O.C(PPB)(6)S1O2(PPB)注：T.D.S=TOTALDISSOLVEDSOLIDST.O.C=TOTALORGANICCARBON3.纯水使用的场合(1)实验室纯水系统规划及基本设计作业指引4OF50DATEREV.0D:\temp\1571601930970.doc\19/10/21(2)电子工业(3)制药工业4.水中不纯物包括如下(1)D.S.(DISSLOVEDSOLID)(2)S.S.(SUSPENDEDSOLID)(3)ORGANICS(4)MICROBIOLOGICS(5)DISSOLVEDGAS5.天然水的特性：(1)地表水(LAKERIVER)：较少含DISSOLVEDMINERAL，但含大量S.S.，有机物(树叶，生活污水等)andD.G.(来自大气和有机物的分解)。(2)地下水(井水)：较少含S.S.和D.G.但含较高的DISSOLVEDMINERAL(例如：CaandSiO2)。(3)自来水：无菌、无色、无臭。(若添加过量氯〝C12〞则会导致刺激性嗅味)6.不纯物之测量表一是一份参考的原水水质不纯物分析表，据此可决定如何适当设计净化设备以达到经济原则，近来的自然水(不含海水)所含不纯物总量已非常稀少，因此所分析出之不纯物以PPM(PARTSPERMILLION)或MILLIGRAMSPERLITER(MG/L)来表示。根据化学原则某些矿酸盐及酸、碱类物质在水中解离成带电纯水系统规划及基本设计作业指引5OF50DATEREV.0D:\temp\1571601930970.doc\19/10/21离子状态，倘通以电流会形成通路，若水中带离子越多则通过电流越大，亦即水中电阻极低。TABLE2由电阻值-导电度及水中D.S.换算表得知，一但测得水中溶解固体离子之PPM值。电阻值换算为PPM值通常是对标准液NaCl而言，因此当测得1PPM之D.S.并不表示水中仅含NaCl，而可能含有其他的固体离子。我们所测得的电阻/导电度仅可得知水中所含D.S.之总数，至于水中所含有机物、胶羽、细菌和PYROGENS并不影响水之电阻/导电度值，而必须用其他方法来测知，所以我们平常说高阻值的水即高水质的纯水是不对的，然而，蒸馏水虽不含有机物和细菌但电阻值仍低乃因水中吸附CO2所致。表1.WaterAnalysisdataoffeedwater(Providedreferencedata)pH7.8(attemperature18℃)Conductivity3.6×102us/cmat25℃TDS2.6×102mg/LKmnO42.2mg/LTotalHardness150mg/LasCaCO3Ca++92mg/LasCaCO3Mg++38mg/LasCaCO3Na+26mg/LasCaCO3K+3.5mg/LasCaCO3TotalCation159.6mg/LasCaCO3TotalFe0.05mg/LasFe纯水系统规划及基本设计作业指引6OF50DATEREV.0D:\temp\1571601930970.doc\19/10/21TotalMn0.02mg/LasMnHCO3-90mg/LasCaCO3SO4-63mg/LasCaCO3Cl-16mg/LasCaCO3NO32mg/LasCaCO3TotalAnion170.5mg/LasCaCO3SiO212Mg/LasSiO2Temperature15-29℃TOC2.5mg/LS.D.I.5.41.2超纯水在电子厂制程之用途及影响：1.超纯水在电子厂制程之用途为：FOR晶清洗片‧所有酸洗后之DIRINSE清洁用水(H2SO4+50:1HF+DIQDR+DIFINALRINSE+SPINDRY)‧所有有机溶剂清洗后之(RINSE材料)(-3000+IPA+DIQDR=DIFINALRINSE+SPINDRY)‧黄光显影液后清洗(DEVELOPER+DIRINSE+SPINDRY)纯水系统规划及基本设计作业指引7OF50DATEREV.0D:\temp\1571601930970.doc\19/10/21‧芯片研磨清洗用水(DIRINSE+SPINDRY)FOR机台一般用水‧WJ-999：BELTOLEANING(HFVAPOR+DIULTRASONIC+AIRDRY)‧UV-CURING：MICROWAVE磁控管及芯片COOLING用水‧CV-PLOTM-R：芯片测试座COOLING用水‧IMPLANTRER/ETCH/CVD之CHILLER补充用水‧厂务PCW调整水阻质用补充水‧厂务OAC设备SPRAYWATER补充水‧QC实验室用水FOR设备零件清洗‧如石英管，SPUTTERSHIELDING，ETCHER电极-等，及PMPARTS化学清后之请洗用水FOR制程化学药品之稀释用及清洁药剂(如IPA)之稀释用2.超纯水水质对半导体制程之影响：PARTICLE：当大颗粒之PARTICLE附着在Die与Die之线槽间会造成产品之电性不良使YIELD降低DO：(1)溶氧过高易使管路内之纯水滋长细菌纯水系统规划及基本设计作业指引8OF50DATEREV.0D:\temp\1571601930970.doc\19/10/21(2)溶氧过高易导致离子交换树脂性能劣化(3)溶氧过高影响芯片负氧化薄膜之厚度，据Dr.Ohmi之实验芯片在40-60PPB溶氧之纯水清洗后导致约3A°(埃)厚度之负氧化膜形成，这使得要求半导体氧化层越来越薄膜化之组件性能劣化TOC：(1)有机不纯物附着在芯片表面会导致氧化和结晶之缺陷及组件性能之劣化(2)当纯水中之有机物质在湿蚀刻制程之清洗过程因吸附而附着在芯片表面，会导致蚀刻不均匀及芯片表面之清洗效率不佳SiO2：溶解在纯水中之硅离子易在蚀刻制程时与溶氧(DO)反应成SiO2附着在芯片表面或在OXIDEFILM之形成过程中造成THICKNESS之不均匀1.3各组成设备之功能提供高阻值，低杂质的超纯水是DI系统最终的主要目标；因此，为了确保出水水质的稳定，了解DI厂的操作乃为最重要的课题。原水中含有许多不纯物，在整个纯水处理过程中，使用了各种不同的单体设备来去除不同的不纯物，如SandFilter、Micro-filter、ReverseOsmosisMembrane、ActivatedCarbonFilter、IonExchangeResin、Ultravioletray及Ultra-filtration等等，以达到制程的要求水质。以下以一个完整的超纯水系统介绍部份之组成：1.系统流程图依其不同的处理效率及目的所构成的超纯水处理流程可分为下列5大部份；其流程图请参阅附件图一至图五(1)CityWaterStorageSystem(2)PretreamentSystem纯水系统规划及基本设计作业指引9OF50DATEREV.0D:\temp\1571601930970.doc\19/10/21(3)RecoverySystem(4)MakeUpSystem(5)PolishingSystem2.系统说明(1)CityWaterStorageSystem由于FAB产能不断扩充，加上夏季时用水量增加，原先建于DI厂之地下水池(1,000m3)容量已不教使用；因此，又陆续增加了NTB、OB及garden之地下水池，其容量分别为2,000m3、800m3及1,200m3。原水经由宝山水库送至园区加压站，以8〞主管送至现有四个地下水池，再经由DI厂之地下水池，以泵抽至DI厂处理成超纯水。为了能够充分利用此四个蓄水池，平时原水经8〞主管只进入NTB、OB及Garden三个地下水池，当DI厂地下水池之液位过低时，三组液位计同时牵动三组地下水池之pump，将原水送至DI厂地下水池。如此不仅可以充分发挥水池之蓄水功能，更可避免因储水静置成为死水而污染；目前每日平均之用水量约为1,470CMD。(2)PretreamentSystem当原水由DI厂地下水池经泵抽送，即进入DI厂之PretreamentSystem；其中各单元设备的作用及操作说明如下：A.FlockFilter：原水中存在许多不纯物，如particle、bacteria、suspendedsolid、dissolvedsolid及ionizedmatter等等；其中粒径稍大的不纯物可以加药混凝，产生粒径更大的胶羽予以过滤去除。B.PAC加药：PAC、alum及Fe2(SO4)3等为一般净水处理采用之混凝剂。由附图六可知。PAC可适用的操作pH值较广；同时，在适用的Ph值范围内，均可得到良好的水质。目前PAC泡澡浓度为5%，采管中加药混合，其加药量为10~15ml/min，并视线上实时侦测FI值(FoulingIndex)予以手动调整；同时控制其水体pH值在6.8~7.0。C.NaOCI加药：此段加药是藉由次氯酸的氧化能力，破坏纯水系统规划及基本设计作业指引10OF50DATEREV.0D:\temp\1571601930970.doc\19/10/21细菌的cellmembrane，达到杀菌的目的，以保护后段No.1R/O的材质不受细菌的侵蚀。目前药品的泡药浓度为将12%之厂商规格货稀释成4%；其注入点有二：(a)进入砂滤池之前(b)进入No.2R/O前：控制该点进流氯含量为0.6~0.8ppmD.FlockFilter(FF)：经过PAC混凝后产生的胶羽在FF加以过滤。FF中滤料主要为最上层之无烟煤(anthracite)及不同粒径的砂及砾石作为支撑；对于PAC加药的效果，以SDI-2200在线实时测定其FoulingIndex(FI)。FI值之测定其及计算方法如下：(a)将500ml水样通过0.45mfilter，计算其通过时间为Ｔｏ(b)持续通过水样15mins(c)再计算通过500ml水样所需时间T１５(d)FI=(1-Ｔｏ/T１５)/T１５×100此外，为保持单元之持续操作，需反洗以恢复其过滤能力；目前自动反