Ионообменная очистка и возвращение в производство использованной особо чистой воды

В производствах микроэлектроники пластины после травления и других операций очищаются водой удельным в трех каскадно-противоточных ваннах. Такая очистка гарантирует высокую степень отмывки при расходе особо чистой воды в 20—40 раз меньше, чем при одноступенчатой прямоточной отмывке. Тем не менее, несмотря на сравнительно экономное использование воды, при заданной степени очистки электролит, вносимый в промывную ванну кассетой с пластинами, очень разбавляется. Вода, вытекающая даже из первой (самой грязной) ванны, через короткое время после внесения кассеты характеризуется минерализованностью в 10—100 раз меньшей, чем водопроводная вода, из которой получают высокоомную воду. Это определяет целесообразность обессоливания большей части промывных вод и возвращения их в технологический процесс.

Для максимизации объема возвращаемой воды необходимо совершенствовать способ водопользования. Например, перед каскадно-противоточными ваннами отмывать кассеты с пластинами над канализационной решеткой особп чистой водой, подаваемой из «пистолета», в течение 3—5 с. Электролит (90— 95%), захваченный кассетой, смывается в канализацию, и промывная вода еще быстрее достигает удельного сопротивления, при котором ее можно пускать на глубокую очистку.

Объем возвращаемой воды зависит от ряда условий: способа выноса деталей из электролита на промывку, степени загрузки промывных ванн, размера фильтров и задаваемой продолжительности их работы. Если в каскадно-противоточные ванны кассеты загружают каждые 6 мин и затем последовательно переставляют из первой ванны во вторую и третью и если для повторного использования на очистку подается вода с удельным сопротивлением 0,5 МОм-см, то в ходе процесса можно подать на фильтр соответственно 25 и 60% промывной воды.

Фирма Millipore (США) предлагает осуществлять оборотное водоснабжение участка для отмывки деталей с помощью систем финишной очистки воды. Нижний порог удельного сопротивления, при котором можно направлять воду на систему финишной очистки, определяется емкостью обессоливающей колонны (патрона) и задаваемой продолжительностью его работы без замены.

Локальная очистка на финишных колонках удобна в том отношении, что не требует протяженных коммуникаций и дополнительного оборудования. В тех случаях, когда нет необходимости в сорбционной очистке от органических веществ, можно на место соответствующей колонки ставить еще одну колонку со смешанным слоем.

Последнее гарантирует получение кондиционной воды даже при очистке от легко гидролизующихся соединений и увеличивает ресурс системы.

Недостаток непосредственного использования финишных колонок для очистки промывных вод заключается в том, что с их помощью очищается только часть той воды, которую следовало бы очищать, если исходить не из задаваемой продолжительности работы финишной колонки, а из сопоставления содержания солей в промывных водах и исходной водопроводной воде. Действительно, оборотное водоснабжение высокоомной водой экономически оправданно при равенстве затрат на ее очистку до нужных кондиций и затрат на водопроводную воду и ее обессоливание до тех же кондиций. При расчете затрат надо принимать во внимание не только показатель содержания солей, но и их природу. Так, промывные воды, характеризующиеся сложным анионным составом требуют повышенного расхода щелочи при обессоливании по сравнению, например, с бикарбонатной водой, когда образовавшийся диоксид углерода удаляется в декарбонизаторе. Катионный состав промывных вод определяется присутствием одновалентных ионов — по ним рабочая обменная емкость несколько меньше, чем по двухвалентным, характерным для природной воды. Поэтому для равенства затрат на обессоливание возвращаемая вода должна, как правило, отличаться меньшим содержанием солей, чем исходная водопроводная.

В производствах микроэлектроники большое число операций завершается промывкой особо чистой водой. На основе баланса веществ необходимо вначале рассчитать состав промывных вод для случая, когда все, что выносится из рабочей ванны, остается в промывных водах. При использовании трех каскадно-противоточных ванн, т. е. при весьма экономичном водопользовании, усредненная концентрация примесей в промывных водах от операции к операции меняется от 2 до 20 мэкв/л. Если по технологии обработки пластин разрешается частично смывать электролит до погружения кассет в промывные ванночки, то, как указывалось выше, содержание солей в промывных водах уменьшится на порядок; при этом целесообразно практически все промывные воды, загрязненные электролитами, подвергать ионообменной очистке на установке централизованного обессоливания воды или на установке-дублере. Если по соображениям технологии на той или иной операции предварительная отмывка кассет не допускается, то часть промывных вод из первой (наиболее грязной) ванны сбрасывают в канализацию; приемлемым будет сброс воды до удельного сопротивления 0,05—0,1 МОм-см. Если на систему финишной очистки воды подают промывные воды с содержанием солей 0,03 мэкв/л, на централизованную очистку можно направлять воды минерализованностью 30—40 раз большей, т. е. практически всю воду, кроме затраченной на смыв электролита в канализацию (на смыв электролита с пластин расходуется 3—4% общего расхода промывных вод).

Централизованная очистка промывных вод предпочтительнее локальной очистки на финишных колонках, так как на установке работают большие по объему и по высоте слои ионитов (в которых хорошо используется восстановленная при регенерации обменная емкость) и где вполне технологичным является рабочий период фильтров, равный 1—2 сут. Недостатком централизованной очистки по сравнению с локальной являются удлинение коммуникаций и увеличение расходов на перекачивание воды. Оптимальный вариант очистки выбирают с учётом конкретных условий данного производства. Независимо от выбранного варианта в водооборот не вовлекают промывные воды, примеси которых не извлекаются сорбентами и ионитами. Воды, содержащие пероксид водорода, разбавляют до концентрации окислителя 0,5—1,0 мг/л (не более). Если концентрация объединенных промывных вод, имеющих, как правило, кислотный характер, не будет превышать 1 мэкв/л, то их можно очищать по схеме: предварительный фильтр (аниониты АВ-17-2П, АВ-17-10П, ИА-1р или активированные угли марок АГ) — анионит высокоосновный (АВ-17-8) — фильтр смешанного действия.

При более высоком содержании солей и значительном присутствии катионов металлов рациональной будет схема: предварительный фильтр — катионит — анионит — фильтр смешанного действия.

После очистки обессоленная вода (марки Б и В) направляется на финишную очистку. Если прирост органических веществ невелик и окисляемость промывных вод много меньше 1 мг О2/л, можно не использовать предварительный фильтр.

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>