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在半導體制造領域，超純水是關鍵原料，其純度直接影響芯片的性能與良品率。半導體超純水設備通過一系列復雜的工藝流程和技術手段，確保水質達到超高純度標準。以下是其主要實現方法：
一、預處理階段
預處理是超純水制備的第一步，主要目的是去除水中的懸浮固體、顆粒物、微生物、有機物和部分離子。預處理工藝通常包括以下幾個環節：
1、原水箱與原水泵：儲存原水并提供穩定的供水壓力。
2、石英砂過濾器：通過物理過濾去除水中的大顆粒懸浮物。
3、活性炭過濾器：吸附水中的有機物、氯等雜質，降低水的化學需氧量（COD）。
4、軟水器：利用離子交換樹脂去除水中的鈣、鎂等硬度離子，防止后續設備結垢。
5、保安過濾器：進一步去除水中的微小顆粒，確保進入后續系統的水質。
二、主處理階段
在主處理階段，超純水設備采用多種先進的水處理技術來進一步凈化水質：
1、反滲透（RO）技術：通過半透膜在高壓下將水分子與溶解鹽類、有機物、微生物等雜質分離，去除率可達99%以上。這一技術能夠有效降低水的電導率和總溶解固體（TDS）。
2、電去離子（EDI）技術：EDI技術結合了離子交換樹脂和電滲析技術，利用電場的作用使水中的離子定向遷移并被吸附在樹脂上，從而進一步去除水中的離子。EDI系統能夠將水的電阻率提高到15MΩ·cm以上。
3、離子交換樹脂：在EDI之后，通常還會使用離子交換樹脂進行深度脫鹽處理，進一步提高水質的純度。離子交換樹脂能夠吸附水中的微量離子，使產水的電阻率達到18MΩ·cm甚至更高。
三、精處理階段
精處理階段是為了確保水質達到半導體生產所需的超高純度標準，通常包括以下步驟：
1、拋光混床：拋光混床是超純水制備的最后一步，通過高純度的離子交換樹脂進一步去除水中的微量雜質，確保產水的電阻率達到18.2MΩ·cm。
2、紫外線消毒：紫外線消毒技術用于殺滅水中的細菌和微生物，確保水質的生物安全性。
3、TOC去除：通過TOC-UV燈裝置或活性炭過濾器去除水中的有機碳，確保水質中的總有機碳（TOC）含量低于1ppb。
4、脫氣處理：在半導體超純水生產工藝中，溶解氧和二氧化碳的去除非常重要。通常會在EDI后或拋光混床前安裝脫氣裝置，采用高純氮氣吹掃和真空組合模式，將水中的溶解氧降低到10ppb以下，甚至更低。
四、水質監測與自動化控制
半導體超純水設備通常配備先進的水質監測系統和自動化控制系統。這些系統能夠實時監測水質參數，如電阻率、TOC、pH值等，并根據監測結果自動調整設備的運行狀態，確保水質的穩定性和可靠性。自動化控制系統還可以實現設備的自動啟停、故障報警和遠程監控，提高設備的運行效率和管理水平。
通過上述多級工藝的協同作用，半導體超純水設備能夠有效去除水中的各種雜質，確保水質達到超高純度標準，滿足半導體生產對水質的嚴苛要求。這種高純度的水質對于半導體制造過程中的清洗、蝕刻、光刻等工藝至關重要，能夠有效提高芯片的性能和良品率。
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