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在电子工业超纯水系统中的TOC影响

2011-09-28 09:44
Minor昔年
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  水是人类所使用的最常见的试剂。超纯水是电子工业在晶圆清洁与生产中所使用的耗量最大、效用最强的溶剂。

  在过去40年中,电子工业的发展已经推动蚀刻至硅芯片的电路数目指数级的增加。电路数目巨幅增加已使得线路宽度明显减小,从而大幅提升了所用超纯水的精确和连续测量的要求。

  在半导体制造工艺中,对于纯水和超纯水系统中的离子和有机污染物方面有最严格的要求。在其超纯水系统中控制和测量这些污染物已经使半导体制造企业能够提高产品质量和产能。水净化处理技术发展和这些污染物检测仪器的创新在改善和检测超纯水水质方面,已经发挥了重大作用。接着这些进步又推动超纯水中的各项污染物的允许极限值不断降低。

  总有机碳(TOC)分析技术是用于监测超纯水有机污染物含量和“健康的”的超纯水系统的强有力工具。在过去数十年间,超纯水TOC项的检测极限降低了几个数量级,导致TOC含量检测极限从ppb级朝ppt级发展。随着未来的新一代芯片技术预计将达到更窄的线宽,半导体制造企业对超纯水的要求不仅是更低浓度含量的有机物和离子污染物,而且检测仪器也需要能够精确,快速地进行检测和响应。

  在水系统中的有机物来源

  补给水是有机物的主要来源。和地下水相比地表水含有高含量的自然生成的有机物。但地下水源在许多地区已经枯竭。因此,高纯水水/蒸汽循环补给水的来源主要依靠地表水、再生水甚至市政污水。更加复杂的是,地表水的来源通常在有机物的浓度和类型上有着明显的季节性差异。水处理系统产水的有机物含量也有可能随季节大范围波动,

  在一个季节产水有机物含量低但在另一个季节里的有机物含量可能面临严峻考验。

  原水水质成分的巨大变化也会影响系统处理,比如雨季地表水通常含有较高的有机物成分旱季地下水的含盐量较高。可以减少补给水中的有机物含量的单元处理操作包括改良的絮凝处理、膜处理工艺、终端氧化处理以及其他。水处理系统必须针根据具体的水质成分和当地条件量身定做。

  有机物的第二个最重要的来源是处理系统中离子交换树脂。毕竟,树脂颗粒由有机聚合物制成。树脂物理破损分解后成为树脂细微颗粒,如果该树脂细微颗粒不能通过适当大小的过滤筛目脱除就会进入工艺系统中。树脂化学分解后可产生微量污染物:阳离子树脂产生磺酸,阴离子树脂产生胺。此外,痕量级树脂加工溶剂也被释放出来进入系统中。这些污染物可能在结构中包括无机成分,如氯化物和硫酸盐。

  另外有机污染物直接来源自工艺和管网系统,包括泵润滑油、泵密封件、抛光树脂和系统死水区。 检测机理,电导率是检测离子污染物(通常为矿物质)的常规和经济的监测方式。电导率可以检测出有机酸和有机碱,但对大多数有机污染物感应不够灵敏。基于这个原因,总有机碳(TOC)分析仪通过将有机物完全氧化成离子形式,形成碳酸,通过电导率方式来检测有机物。通过有机物氧化前后的电导率的读数差,从而实现TOC测量。

  根据紫外线氧化/电导率测量在线TOC汞灯发射出185 nm和254 nm的紫外线光光,反应物,接触表面和接触时间是反应进行的推动因素需要精确地转换温度和电导率

  在超纯水系统的最终去离子工艺段后进行TOC监测非常重要,目的是防止它们进入后序精处理和系统管网中。上游和下游产物的另行测量可以帮助诊断有机物有无泄漏,例如,膜故障、离子交换树脂退化或泵故障。另外,在管网系统回路进行TOC检测可以降低生产线发生有机物污染的风险。

  超纯水通常原水为饮用水经过多级处理工序制备而得。给水中的有机混合物包括自然生成的有机物与人工合成的有机物。前者主要是黄腐酸、腐殖酸和单宁酸形成一种复杂的混合物,主要来自树叶和草的降解或来自泥炭或沼泽地区。此外,还有一些细菌、其他生物及其分泌产物。人工合成有机物的来源包括工业废物和生活垃圾,如洗涤剂、溶剂和油类,再加上农用化学品,比如化肥、除草剂和杀虫剂。

 

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