Hệ thống làm mềm nước cho Sản xuất chất bán dẫn

Trong phòng sạch của nhà máy bán dẫn, người ta kiểm soát bụi ở cấp độ hạt 0,1 micron, nhiệt độ chính xác đến 0,1°C. Vậy mà rất nhiều sự cố yield lại bắt đầu từ thứ tưởng chừng vô hại: độ cứng trong nước cấp.

Chỉ cần 2 mg/L CaCO₃ đi qua, màng RO sẽ đóng cặn, cột EDI tăng điện trở, và bề mặt wafer sau bước rửa cuối cùng sẽ xuất hiện vệt muối không nhìn thấy bằng mắt thường nhưng đủ để làm lệch ngưỡng trong photolithography.

Đó là lý do hệ thống làm mềm nước cho sản xuất chất bán dẫn không phải là một thiết bị phụ trợ, mà là tầng bảo vệ đầu tiên của toàn bộ chuỗi nước siêu tinh khiết UPW.

Tại Locnuoc360, chúng tôi không bán cột nhựa trao đổi ion rời rạc, chúng tôi thiết kế một hệ thống làm mềm nước công nghiệp được tính toán theo chuẩn SEMI F63 và ASTM D5127, đồng bộ với RO đa tầng và EDI phía sau, để đảm bảo độ cứng đầu ra luôn dưới 0,5 mg/L CaCO₃ trong suốt vòng đời vận hành.

Hệ thống làm mềm nước cho sản xuất chất bán dẫn là gì và vì sao phải đạt độ cứng gần bằng không?

Về bản chất, đây là tổ hợp thiết bị làm mềm nước cho nhà máy bán dẫn sử dụng công nghệ trao đổi ion với hạt nhựa cation acid mạnh. Khi nước thô đi qua lớp resin dạng Na⁺, các ion Ca²⁺ và Mg²⁺ gây cứng sẽ bị giữ lại trên bề mặt hạt, đồng thời giải phóng Na⁺ vào nước. Kết quả là nước mềm hoàn toàn, không còn khả năng tạo cặn carbonat.

Trong ngành bán dẫn, yêu cầu này khắt khe hơn nhiều so với thực phẩm hay dệt nhuộm. Bởi vì sau cột làm mềm là hệ thống RO áp cao và cụm EDI liên tục.

Nếu độ cứng lọt qua, màng RO sẽ bị scaling chỉ sau vài trăm giờ, áp suất chênh lệch tăng nhanh, tần suất CIP tăng gấp đôi và tuổi thọ màng giảm từ 3 năm xuống còn 12 tháng.

Với EDI, canxi sẽ bám vào khoang concentrate, làm tăng điện trở, giảm chất lượng nước siêu tinh khiết UPW xuống dưới 18,2 MΩ·cm. Vì vậy, hệ thống làm mềm nước cho sản xuất chất bán dẫn của Locnuoc360 luôn được thiết kế dư tải 20% và vận hành theo nguyên lý twin-tank luân phiên, đảm bảo không có một giây nào nước cứng đi vào RO.

Cấu hình thực tế mà Locnuoc360 triển khai trong fab và nhà máy vi mạch

Dựa trên hơn 15 năm khảo sát nước giếng, nước máy KCN tại Bắc Ninh, Thái Nguyên, TP.HCM, chúng tôi nhận thấy nước cấp cho bán dẫn thường có độ cứng 120–350 mg/L, sắt 0,3–2 mg/L, clo dư 0,5–1,5 mg/L. Do đó, một hệ thống làm mềm nước công nghiệp chuẩn không thể chỉ có một cột resin.

Cấu hình điển hình gồm cụm tiền lọc đa tầng để bảo vệ resin, tiếp đến là cặp cột làm mềm vận hành nối tiếp hoặc song song, bồn muối hoàn nguyên tự động và hệ giám sát online.

Nước đầu vào trước tiên đi qua lọc cát thạch anh và than hoạt tính để cắt cặn và clo dư, vì clo là kẻ thù số một của resin Purolite C100E hay Dow Marathon C.

Sau đó, nước được đưa vào cột làm mềm thứ nhất. Khi resin gần bão hòa, van điều khiển tự động Clack WS1 CI hoặc Runxin F95 sẽ chuyển dòng sang cột thứ hai, đồng thời cột thứ nhất bước vào chu trình hoàn nguyên bằng dung dịch NaCl tinh khiết 99,5%.

Toàn bộ quá trình hút muối, rửa chậm, rửa nhanh được điều khiển bằng lưu lượng kế, không phải timer, giúp tiết kiệm muối 30% so với hệ thống timer thông thường. Đây là điểm khác biệt cốt lõi của thiết bị làm mềm nước cho nhà máy bán dẫn do Locnuoc360 cung cấp.

Bảng thông số kỹ thuật hệ thống làm mềm nước cho sản xuất chất bán dẫn

Bảng tính năng các cấp xử lý trong hệ thống làm mềm nước công nghiệp