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细菌在电子行业高纯水系统运行中的影响与防治

发布时间:2021-11-16      点击次数:84

1、细菌的繁殖对半导体产品的影响

半导体工业大规格集成电路生产过种中的晶片加工、制罩、成膜工程、照相制版工程、刻蚀工程及其他(工模类的洗净)各洗净工程都用高纯水除去残留晶片表面的药品和微粒子等,高纯水中若有离子、微粒子、微生物、有机物等,对晶片中的氧化膜、多结晶膜、配线等有不良影响,会造成晶片的电气特性不可靠。例如,细菌的主要成份为碳、磷、钾等,如果它附着晶片表面而烧成,会因碳析出而短路;磷(五价)扩散会使P型、N型半导体异常。

在高纯水制取过程中除去的离子成份、胶体物质、溶存气体、微粒子及微生物中,微生物(即纯水中的细菌类)是纯水中会增值的杂质,有藻类、线状菌、酵母、放线菌、细菌 类等。

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前四者因为要求营养只存在于纯水制造过程中的一次纯水之前,一次纯水以后细菌类是微生物。经过精混后电阻率达到18兆欧的高纯水中可增值的细菌大都是Gram染性阴性的,在几乎没有营养源的高纯水中细菌也可以充分繁殖,对半导体工业的产品产生影响,降低成品率。其主要影响有下面三点:

1、成巨大粒子而突起使图案缺损,成异物而有损表面的平滑性。

2、SiO2膜的铝膜之类被著膜的接著性劣化。

3、搅乱以相当于ppm的atoms/cm3级控制的不纯物P、Na、Ca、Cu等的浓度。

2、 细菌在纯水制取过程中的影响与对策

高纯水中细菌的繁殖不仅导致半导体制品成品率的下降,同时也给高纯水制取的运行管理带来很大的困难。接触空气、未经杀菌的进水、药剂、器皿等都会使细菌进入纯水系统,系统中的树脂间隙、纤维素膜(反渗透膜、超滤、微孔滤膜)表面、水箱和管道死角都是细菌积聚和繁殖的场所;在树脂间隙中或膜面繁殖细菌 的结果,可能导致树脂交换性能的降低和膜结构被破坏,即影响水质,又降低产水量,树脂和膜的使用寿命缩短,运行成本增加,因此,在纯水制取各个环节都必须 采取必要的杀菌措施,以保障整个系统的最终杀菌效果。

而纯水制取过程中所采用的膜(反渗透膜、超滤膜等)都属于醋酸纤维素膜,尽管其本身有好的除菌效果, 但经过长期使用后,细菌就会侵蚀这些膜,污染并恶化水质,使产水量下降。反渗透膜出水中细菌超标,导致后面混合离子交换柱的树脂也受到污染。因为细菌等微 生物附着于离子交换树脂表面,降低了树脂交换容量,堵塞树脂层孔隙,引起压力增加,造成树脂结块。细菌主要污染阴离子交换树脂, 使其交换容量下降,再生剂耗量增大,出水水质恶化,缩短树脂使用寿命。针对这一情况,可在前面加入次氯酸钠进行杀菌,由于反渗透装置出口水中残留氯直接流 入后面离子交换装置,若余氯超标会对树脂起氧化破坏作用,导致离子交换树脂的交换基分解或架桥切断,体积膨胀,树脂母体会溶出高分子有机物,此种高分子有 机物会吸着于彼此的树脂,招致有机物污染,树脂的交换容量降低,出水水质变差;因此,在添加次氯酸钠杀灭细菌时,一定要控制次氯酸钠的加药量,以免余氯超标导致离子交换树脂被氧化分解。

通常树脂进水中游离氯含量要求小于0.1mg/l,反渗透膜进水要求游离氯含量为0.2-1.0mg/L,因此决定控制反渗透装置进口余氯为0.5mg/L.

在高纯水制取过程中,为了控制细菌繁殖,除了在反渗透膜入口添加次氯酸钠溶液外,还需注意以下几点:

1、次氯酸钠添加量应根据水源中细菌数进行相应调整,除了定期对细菌数进行检测外,还应对混合离子交换柱入口游离氯进行检测,以免游离氯超标,影响树脂的正常运行。

2、注意用水点旋塞的污染,使用频率较小的旋塞容易成为微生物污染的对象,一旦污染,若不长时间放水冲洗,无法恢复原状态。

3、市售次氯酸钠溶液容易氧化分解,若使用时间过长或系统逢节假日停运时间较长,除了从水箱放水让反渗透膜隔一段时间运行数小时、使系统保持活性外,也要对次氯酸钠溶液适时进行更换。

4、混合离子交换柱通常都采用一用一备的,细菌在静止纯水中能够迅速繁殖,通常在备用混床投入运行前,对其进行再生,以保证杀菌效果。

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