Hướng dẫn chi tiết về tiêu chuẩn nước ASTM D5127 dành cho ngành sản xuất bán dẫn, linh kiện và vi mạch. Giải pháp loại bỏ hoàn toàn ion khoáng, TOC, hạt vi bụi và silica cho nhà máy bán dẫn, và quy trình vận hành hệ thống lọc chuyên sâu giúp tối ưu hóa hiệu suất dây chuyền.
NỘI DUNG BÀI VIẾT
Để tạo ra chip xử lý có kích thước bán dẫn nhỏ hàng nanomet, mọi công đoạn trong dây chuyền đòi hỏi môi trường vô trùng. Trong đó, nước siêu tinh khiết UPW - Ultra Pure Water được sử dụng để làm sạch bề mặt tấm silicon sau mỗi bước khắc quang học.
Chỉ cần 1 hạt bụi hoặc 1 ion kim loại siêu nhỏ sót lại trong nước, toàn bộ bảng mạch tích hợp sẽ bị ngắn mạch và phá hủy. Để kiểm soát rủi ro này, Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Mỹ đã thiết lập tiêu chuẩn ASTM D5127 – cho ngành xử lý nước điện tử.
ASTM D5127 (Standard Guide for Ultra-Pure Water Used in the Electronics and Semiconductor Industries) hướng dẫn chất lượng nước áp dụng cho các đơn vị chế tạo chất bán dẫn, nước dùng cho xử lý nước điện tử loại bỏ toàn bộ các hạt vật chất lơ lửng, chất rắn hòa tan và các ion khoáng.
Một quy trình xử lý nước điện tử theo tiêu chuẩn ASTM D5127 đưa điện trở kháng của nước đạt mức 18.2 MΩ·cm ở 25°C, và khống chế tổng hàm lượng carbon hữu cơ TOC xuống dưới vài phần tỷ (ppb).
Tiêu chuẩn ASTM D5127 chia chất lượng nước thành các hạng khác nhau dựa trên kích thước cấu trúc của linh kiện bán dẫn đang sản xuất.
Dưới đây là bảng thông số định mức của các cấp độ nước UPW theo ASTM D5127:
| Chỉ tiêu kiểm soát | Đơn vị tính | Type E-1 (Cho chip < 0.065 µm) | Type E-1.1 (Cho chip tiên tiến) | Type E-2 (Cho chip 0.18 - 0.5 µm) | Type E-3 (Cho chip 1 - 5 µm) |
| Điện trở kháng (ở 25°C) | MΩ·cm | 18.2 | 18.2 | 17.5 - 18.0 | 17.0 |
| Tổng carbon hữu cơ (TOC) | ppb (µg/L) | < 2 | < 1 | < 10 | < 25 |
| Silica hòa tan SiO2 | ppb (µg/L) | < 1 | < 0.5 | < 3 | < 10 |
| Hạt vi bụi (Kích thước > 0.05 µm) | Hạt/mL | < 1 | < 0.5 | < 10 | < 50 |
| Hàm lượng Vi sinh | CFU/100 mL | < 1 | < 0.1 | < 10 | < 100 |
Đối với các nhà máy sản xuất vi mạch thế hệ mới, dòng nước Type E-1.1 là mục tiêu hướng tới của các hệ thống xử lý nước điện tử hiện đại, các chỉ số về hạt vi bụi và hàm lượng silica hòa tan được kiểm soát gần như bằng không.
Nước cấp từ mạng lưới đô thị hoặc nước ngầm trước tiên phải đi qua hệ thống cột lọc áp lực đa tầng để xử lý độ đục. Than hoạt tính để loại bỏ hoàn toàn Clo dư – tác nhân gây oxi hóa rách màng RO. Tiếp theo, hệ thống màng siêu lọc UF hoặc hệ thống làm mềm nước sẽ loại bỏ các chất keo tụ, hạt keo hữu cơ và các ion hóa trị hai nhằm bảo vệ hệ thống lọc tinh phía sau.
Dòng nước sau khi làm trong, sẽ đi qua hệ thống màng lọc thẩm thấu ngược hai cấp để loại bỏ 99% tổng chất rắn hòa tan.
Ngay sau màng RO, dòng nước được dẫn qua mô-đun điện khử khoáng EDI. Thiết bị EDI sử dụng dòng điện một chiều kết hợp màng ion để liên tục loại bỏ các ion khoáng dạng vết ra ngoài theo đường nước thải mà không cần dùng đến hóa chất axit hay kiềm để hoàn nguyên. Nước sau hệ EDI cơ bản đạt độ dẫn điện rất thấp.
Nước từ bồn chứa trung gian sẽ được đưa vào vòng tuần hoàn để đạt chuẩn ASTM D5127. Bao gồm các thiết bị :
Đèn UV phân hủy TOC: Sử dụng tia cực tím bước sóng ngắn 185nm để bẻ gãy các liên kết hữu cơ thành dạng ion, chuẩn bị cho quá trình ion phía sau.
.png)
Cột trao đổi ion hỗn hợp Mixed Bed: Chứa các hạt nhựa cation và anion chất lượng cao được trộn đều, làm nhiệm vụ chốt chặn khử sạch các ion dạng vết, đưa điện trở kháng lên = 18.2 MΩ·cm.
Màng siêu lọc đầu cuối UF: Màng UF sợi rỗng với kích thước phân tử siêu nhỏ đặt trước điểm sử dụng để giữ lại các vi khuẩn còn sót lại.
Trong quá trình quản lý một trạm xử lý nước điện tử, có hai thông số cần được kiểm soát tự động trực tuyến hằng ngày:
Khi nước bay hơi trên bề mặt tấm wafer trong quá trình sấy nhiệt, silica sẽ tạo thành các tinh thể thủy tinh bám chặt vào bề mặt mạch, gây cách điện lỗi. Công nghệ màng RO thông thường không thể loại bỏ hoàn toàn silica hòa tan, do đó hệ thống xử lý nước điện tử bắt buộc phải kết hợp màng RO áp cao + Mixed Bed để đưa nồng độ silica xuống < 1 ppb.
Carbon hữu cơ tồn tại trong nước là nguồn thức ăn tự nhiên kích thích vi khuẩn phát triển, hình thành nên các lớp màng sinh học bên trong đường ống. Hệ thống xử lý nước điện tử đạt tiêu chuẩn ASTM D5127 khống chế TOC bằng cách kết hợp đèn UV 185nm với hệ thống sục khí Nitơ độ tinh khiết cao vào bồn chứa nhằm ngăn ngừa oxy và carbon dioxide từ khí quyển tái xâm nhập vào nước.
Một mạng lưới phân phối trong ngành xử lý nước điện tử phải tuân thủ các nguyên tắc sau:
Nguyên tắc dòng chảy liên tục: Nước UPW phải luôn luôn chuyển động tuần hoàn trong hệ thống đường ống với vận tốc tối thiểu từ 1.5 m/s đến 2.0 m/s để ngăn ngừa hiện tượng ứ đọng và hình thành màng sinh học.
Vật liệu ống PVDF cao cấp: Trong hệ thống xử lý nước điện tử sử dụng nhựa PVDF độ tinh khiết cao. Các đoạn ống PVDF được kết nối với nhau bằng công nghệ hàn nhiệt vi sinh nhằm loại bỏ hoàn toàn các khe hở nhỏ nơi vi khuẩn có thể ẩn nấp.
Thiết kế Zero Dead-Leg: Toàn bộ đường vách ống dẫn đến các máy sản xuất phải được thiết kế theo quy tắc chiều dài nhánh cụt không > 2 lần đường kính ống L/D ≤ 2. Việc triệt tiêu các góc chết giúp dòng chảy luôn thông suốt, đảm bảo tính ổn định cho toàn hệ thống.
Để đảm bảo trạm xử lý nước điện tử luôn vận hành ổn định và đạt hiệu suất cao, cần thực hiện kiểm tra định kỳ các hạng mục sau:
[ ] Kiểm tra chỉ số điện trở kháng tại bồn chứa đầu cuối (Đảm bảo duy trì liên tục ở mức 18.2 MΩ·cm).
[ ] Giám sát chỉ số TOC trực tuyến trước và sau cụm đèn UV 185nm.
[ ] Đo đạc chênh lệch áp suất qua màng siêu lọc đầu cuối UF để xác định chu kỳ rửa ngược.
[ ] Lấy mẫu định kỳ xét nghiệm hàm lượng hạt vi bụi kích thước nanomet bằng thiết bị đếm hạt laser chuyên dụng.
Hỏi: Tại sao nước siêu tinh khiết UPW đạt chuẩn ASTM D5127 lại không thể uống được?
Trả lời: Nước UPW sau quá trình xử lý nước điện tử đã bị loại bỏ hoàn toàn các ion khoáng và chất rắn hòa tan, loại nước này có tính chất hòa tan rất mạnh. Nếu uống trực tiếp, nó sẽ lập tức hút ngược các khoáng chất và chất điện giải từ các tế bào trong cơ thể ra ngoài, gây hại nghiêm trọng cho sức khỏe.
Hỏi: Hệ thống EDI đóng vai trò gì trong việc kiểm soát tiêu chuẩn nước điện tử?
Trả lời: Thiết bị EDI giúp đưa độ dẫn điện của nước xuống mức cực thấp trước khi vào cột Mixed Bed. Điểm ưu việt của EDI là tự tái sinh nhựa liên tục bằng dòng điện mà không cần dùng đến hóa chất axit hay kiềm, giúp hệ thống vận hành liên tục, an toàn và thân thiện với môi trường nhà máy bán dẫn.
.jpg "HỆ THỐNG LỌC NƯỚC RO CS 3000 LÍT/ GIỜ")
-(1).jpg "LIÊN HOAN HOÀN TẤT NHIỆM VỤ ĐI BIỂN VỀ")
-(1).jpg "Sử dụng nước trong dây chuyền sản xuất nước uống đóng chai đóng bình")
.jpg "Xử lý nước sinh hoạt cho bệnh viện- Dược phẩm tại TP.HCM")
