超純水製造技術
- 龍神 台灣
- 2024年4月19日
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半導體製程、醫藥品製程及精密洗淨製程均需要使用大量超純水，且隨著製 程精密度與安全度要求之提高，為確保生產製程之品質，超純水之純度與良好之水 質管理已成為產業競爭力重要之一環。就超純水水質而言，各種製程所需之超純水 純度與所要求之水質項目亦不完全相同，為符合各類製程之要求，超純水之生產經 常是各種不同單元之組合技術，其中，經常使用之水處理技術單元包括前處理(如 混凝、浮除)、離子交換、逆滲透、電透析離子交換、脫氣、超過濾、UV 殺菌及 UV 臭氧氧化等技術，各種技術單元之組合，對於水質控制與管理之特性將有所不 同。因此，如何由水質管理面分析選用適當之水質處理技術，將成為高效能超純水 系統設置之關鍵。
一、前 言 各種工業製程經常需使用到高純度之用水，以確保製程達到完全洗淨之效 果。於純水及超純水系統中，經常使用之水處理技術除前處理單元外，常包括離子 交換、逆滲透、電透析離子交換、脫氣、超過濾及 UV 殺菌等技術，本文乃就文獻 中常見於半導體製程、醫藥品製程及精密洗淨製程之純水或超純水製造系統加以整 理，以提供相關製程用水技術評估之參考。 二、半導體製程用超純水製造系統 2.1 概要 半導體、液晶、晶圓、精密零組件等製造，都必須使用大量超純水，以洗淨 藥品處理後所沾附的藥品及髒污。。一般而言，精密零組件製程的超純水使用量約 為 10~20m3 /hr ，而半導體或液晶等大型生產線的純水使用量則會達到 100~200m3 /hr。 超純水的製造依產品別而有不同的水質要求，如最先進的 LSI 生產線就必須 使用最高標準水質的超純水。超純水製造技術的核心技術，包括有離子交換技術、 膜過濾技術、配管技術及分析技術。以下乃就半導體製程超純水製造系統、設計及 運轉管理要點等加以說明。 2.2 超純水製造系統 1.超純水水質的高純度化 ULSI 及 LCD 製程的超純水水質要求如表 1 所示。DRAM 的記憶體容量越 高，所要求之超純水水質純度亦越高。例如，對 1Gb DRAM 製程的超純水水質 之要求為粒徑 0.03μm 之微粒子應低於 5 個/mL、TOC 與溶氧在 1μg/L 以下、重 金屬 1ng/L 以下。而液晶製程的超純水水質則約相當於 4~16Mb DRAM 製程的 水準。
1 ULSI 及 LCD 製程超純水水質要求 電阻：理論超純水 18.24MΩ.cm at 25℃ ULSI 製程 LCD 製程 水質項目 1Mb 4~16Mb 16~64Mb 64~256Mb 256Mb~1Gb 電阻 (MΩ.cm) 17.5~1.0 >18.0 >18.1 >18.2 >18.2 >18.0 0.1μm 10~208 <5 － － － <1 0.05μm － <10 <5 <1 － － 微粒子 (個/ml) 0.03μm － － － <10 <5 － 生菌數 (cfu/L) 10~50 <10 <1 <0.5 <0.1 <10 TOC (μg/L) 30~50 <10 <5 <2 <1 <20 溶氧 (μg/L) 30~50 <50 <10 <5 <1 <50 矽 (μg/L) 5 <1 <1 <0.5 <0.1 <1 重金屬 (ng/L) 100~500 <100 <10~50 <5 <1 <100 陰離子 (ng/L) 100~500 <100 <50 <5 <1~2 <100 2.提高水的回收率 水回收的規劃首先須檢討需求用水量、可取用水量及將來增產時的增加水 量，而且必須加入經濟性考量。水中不純物的濃度越高必然將增加處理成本。 無機離子濃度在 500~1000μS/cm 範圍時其處理成本大致相當，而 TOC 含量則必 須在 10mg/L 以下才較有水回收的經濟性。 3.系統的簡約化 超純水製造設備由前處理系統、一次純水系統、二次處理系統、廢水回收 系統及廢水處理系統所構成，各個處理系統又由 4~5 個單元組成，因此整體系 統的單元數高達 20~25 個單元。如再考量原水水質的變動、超純水水質的高純 度化及水回收率的提昇等因素，單元的數量將更為增加，連帶的需要更大的設 置面積。因此，必須達成技術的高機能化，以求整體系統的簡約化。 為保證生產線能 24 小時的連續運轉，所有的處理單元必須能無故障運作， 更要達到運轉中也可以進行維護或更換零件的要求；因此主單元都必須設計為 複數，而且必須具有流量調查的彈性操作性能。另外，超純水製造設備的設置 也必須加入減廢及再利用、符合放流水標準、省能源等環境上的考量。
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