Aigua ultrapura
L'aigua ultrapura (UPW), l'aigua d'alta puresa o l'aigua altament purificada (HPW) és aigua que s'ha purificat amb especificacions poc habituals. L'aigua ultrapura és un terme que s'utilitza habitualment en la fabricació per emfatitzar el fet que l'aigua es tracta amb els nivells més alts de puresa per a tots els tipus de contaminants, inclosos: compostos orgànics i inorgànics; matèria dissolta i en partícules; volàtil i no volàtil; reactiu i inert; hidròfil i hidròfob; i gasos dissolts.
UPW i el terme d'aigua desionitzada (DI) no són el mateix. A més del fet que UPW elimina partícules orgàniques i gasos dissolts, un sistema UPW típic té tres etapes: una etapa de pretractament per produir aigua purificada, una etapa primària per purificar encara més l'aigua i una etapa de poliment, la part més cara del procés de tractament.
Diverses organitzacions i grups desenvolupen i publiquen estàndards associats a la producció d'UPW. Pel que fa a la microelectrònica i l'energia, inclouen Semiconductor Equipment and Materials International (SEMI) (microelectrònica i fotovoltaica), American Society for Testing and Materials International (ASTM International) (semiconductor, potència), Electric Power Research Institute (EPRI) (potència), American Society of Mechanical Engineers (ASME) (energia) i International Association for the Properties of Water and Steampower (IAPWS). Les plantes farmacèutiques segueixen els estàndards de qualitat de l'aigua desenvolupats per les farmacopees, de les quals tres exemples són la Farmacopea dels Estats Units, la Farmacopea Europea i la Farmacopea Japonesa.
Els requisits més utilitzats per a la qualitat UPW estan documentats per ASTM D5127 "Guia estàndard per a l'aigua ultrapura utilitzada a les indústries de l'electrònica i els semiconductors" i SEMI F63 "Guia per a l'aigua ultrapura utilitzada en el processament de semiconductors".
L'aigua ultra pura també s'utilitza com a aigua d'alimentació de calderes a la flota AGR del Regne Unit.
Fonts i control
[modifica]Els bacteris, les partícules, les fonts de contaminació orgàniques i inorgàniques varien en funció d'una sèrie de factors, inclosa l'aigua d'alimentació per fer UPW, així com la selecció dels materials de canonades utilitzats per transportar-lo. Normalment, els bacteris es presenten en unitats formadores de colònies (UFC) per volum d'UPW. Les partícules utilitzen el nombre per volum d'UPW. El carboni orgànic total (TOC), els contaminants metàl·lics i els contaminants aniònics es mesuren en termes adimensionals de parts per notació, com ara ppm, ppb, ppt i ppq.
La contaminació metàl·lica i aniònica dels sistemes UPW pot aturar els processos enzimàtics en el bioprocessament, corroir els equips de la indústria de generació d'energia elèctrica i provocar una fallada a curt o llarg termini dels components electrònics en xips semiconductors i cèl·lules fotovoltaiques. Les seves fonts són similars a les dels TOC. Depenent del nivell de puresa necessari, la detecció d'aquests contaminants pot anar des de lectures simples de conductivitat (electrolítica) fins a instrumentació sofisticada com la cromatografia iònica (IC), l'espectroscòpia d'absorció atòmica (AA) i l'espectrometria de masses de plasma acoblada inductivament (ICP-MS).
Aplicacions
[modifica]L'aigua ultrapura es tracta a través de múltiples passos per complir amb els estàndards de qualitat dels diferents usuaris.
Les indústries primàries que utilitzen UPW són:
- Procés de fabricació de dispositius semiconductors
- solar fotovoltaica
- productes farmacèutics
- generació d'energia (calderes sub i supercrítiques)
- aplicacions especialitzades com ara laboratoris de recerca.
El terme "aigua ultrapura" es va popularitzar a finals de la dècada de 1970 i principis dels vuitanta per descriure la qualitat particular de l'aigua utilitzada per aquestes indústries.
Avui en dia, l'intercanvi iònic (IX) i l'electrodeionització (EDI) són les principals tecnologies de desionització associades a la producció d'UPW, en la majoria dels casos després de l'osmosi inversa (RO). Depenent de la qualitat de l'aigua requerida, les plantes de tractament d'UPW sovint també inclouen desgasificació, microfiltració, ultrafiltració, irradiació ultraviolada i instruments de mesura (per exemple, carboni orgànic total [TOC], resistivitat/conductivitat, partícules, pH i mesures especials per a ions específics).
Aplicacions a la indústria dels semiconductors
[modifica]UPW s'utilitza àmpliament a la indústria dels semiconductors on cal el grau de puresa més alt. La quantitat d'aigua de grau electrònic o molecular utilitzada per la indústria dels semiconductors és comparable al consum d'aigua d'una ciutat petita; una sola fàbrica pot utilitzar aigua ultrapura (UPW) [2] a una velocitat de 2 MGD, o ~5500 m3/dia. La UPW es produeix normalment in situ.
L'ús d'UPW varia; es pot utilitzar per esbandir l'oblia després de l'aplicació de productes químics, per diluir els mateixos productes químics, en sistemes òptics per a fotolitografia d'immersió o com a maquillatge per al fluid de refrigeració en algunes aplicacions crítiques. La UPW fins i tot de vegades s'utilitza com a font d'humidificació per a l'entorn de la sala blanca.[3]
L'aplicació principal i més crítica d'UPW és la neteja de les oblies dins i després del pas de gravat humit durant l'etapa FEOL.:[4] 118 Les impureses que poden provocar la contaminació del producte o impactar l'eficiència del procés (per exemple, la taxa de gravat) s'han d'eliminar de l'aigua durant l'etapa de neteja i gravat. En els processos de poliment químic-mecànic, s'utilitza aigua a més de reactius i partícules abrasives. A partir de l'any 2002, 1-2 parts de molècules contaminants per milió d'aigua es consideraven "aigua ultrapura" (per exemple, grau de semiconductor).:[4] 118
Estàndards de qualitat de l'aigua per al seu ús en la indústria dels semiconductors
| Paràmetre de prova | UPW per
Semiconductor |
|---|---|
| Resistivitat (25 °C) | >18,18 MΩ·cm |
| Carboni orgànic total (en línia per <10 ppb) | <1 μg/L |
| Oxigen dissolt en línia | 10 μg/L |
| Partícules en línia (>0,05 μm) | <200 partícules/L |
| Residus no volàtils | 100 ng/L |
| Sílice (total i dissolta) | 50 ng/L |
| Metalls/bor (per ICP/MS) | |
| 22 elements més comuns
(vegeu F63-0213 [5] per a més detalls) |
<1–10 ng/L |
| Ions (per IC) | |
| 7 anions principals i amoni
(vegeu F63-0213 [5] per a més detalls) |
50 ng/L |
| Microbiològic | |
| Bacteris | <1 CFU /100 ml |
Referències
[modifica]- ↑ «Gorsky, I., Validating Purified Water Systems with a Lifecycle Approach, UltraPure Water Journal, November/December, 2013.» (en anglès). Arxivat de l'original el 2014-09-17.
- ↑ «UltrapureMicro» (en anglès). Arxivat de l'original el 2018-12-16. [Consulta: 12 desembre 2018].
- ↑ «ITRS Annual Report 2013 Edition» (en anglès). International Technology Roadmap for Semiconductors. Arxivat de l'original el September 21, 2014.
- ↑ 4,0 4,1 «Pdf - Semiconductor Technology from A to Z - Halbleiter.org» (en anglès). www.halbleiter.org. [Consulta: 14 juny 2022].
- ↑ 5,0 5,1 SEMI F63 Arxivat 2014-10-19 a Wayback Machine. Guide for Ultrapure Water Used in Semiconductor Processing