一种精处理回路提纯水的系统技术方案

本发明专利技术公开了一种精处理回路提纯水的系统，该系统包括第一膜接触器、光解反应器、弱酸吸附塔、双层抛光塔和第二膜接触器。其中，第一膜接触器内置溶氢膜，用于制备富含氢气的超纯水。双层抛光塔为层叠结构，包括收容部、供给部和排出部，通过氢化反应，消除金属纳米粒子表面氧化层。该金属纳米粒子用于淬灭自由基复合氧化剂并脱除氧气，特别优选来自

【技术实现步骤摘要】
一种精处理回路提纯水的系统


[0001]本专利技术涉及半导体制造清洗工序用水的制备
，尤其涉及一种精处理回路提纯水的系统。

技术介绍

[0002]现阶段，供给半导体元器件生产使用的工艺纯水，在制造工序中用作最终冲洗剂，还可用于硅片氧化的水汽源、配制药液、部分设备的冷却水以及配制电镀液等应用场合。
[0003]纯水制备作为重要的生产支持系统，其核心单元是位于抛光区的精处理回路；作为精处理回路的供给水源，前处理段制取的二次纯水储存于纯水储槽，以供精处理回路提纯处理，并作为二次纯水制备系统维修时缓冲之用。纯水储槽设有氮气覆盖系统，可保护储槽内的超纯水不被空气中的二氧化碳溶入而降低水质。
[0004]在先进制程超纯水制备系统中，精处理回路通常包括恒温、有机物降解、离子抛光、溶解气体脱吸和交叉流过滤等多步骤处理工艺，可将水中痕量污染物，如金属、离子、颗粒固形物、有机杂质、细菌和溶解气体，进一步深度降除至实验室检测的极限值。在利用真空紫外线降解总有机碳的过程中，光解反应器产生了自由基彼此复合而成的一种氧化剂，这种无法完全自行淬灭的次生氧化剂对后置高聚合物材料结构的破坏以及对半导体器件后段制程的工艺影响愈发凸显出来而令人关注。相比其他水处理系统工艺段针对氧化剂的去除作用，在精抛光系统与通往POE（或POU Filter）的LOOP供回水管道形成的精处理回路中将这种自由基复合氧化剂予以去除将是最为直接而有效的。
[0005]研究发现，采用贵金属纳米胶体粒子与离子交换树脂组装合成的金属纳米粒子催化剂将可有效淬灭这种次生氧化剂，但光解产物有机酸和水中溶解氧很容易在金属粒子表面形成氧化层、破坏高分子催化剂的结构，造成纳米粒子的脱落，使得催化剂明显降低活性而寿命缩短。在进一步提升水质现有指标的同时，如何获取次生氧化剂更高淬灭反应速率和催化活性并且有效防止氧化膜的形成以及避免氧化物质对催化剂的基体破坏而延长催化剂寿命，成为本领域技术人员研究的关键。
[0006]因此，基于上述技术问题，本领域的技术人员亟需研发一种精处理回路提纯水的系统。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种精处理回路提纯水的系统，该系统主要适用于新能源电池、新型半导体显示器、集成电路制造尤其适用于高端芯片生产的先进制程工艺清洗用超纯水的制备系统，可进一步提升精处理回路小分子有机物、溶解氧气的降除效率，对自由基复合氧化剂的淬灭获得更高的催化活性和反应速率，而且有效解决催化剂表面氧化或被酸性氧化物质污染而缩短寿命的新兴技术问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术的一种精处理回路提纯水的系统，该系统包括：
双层抛光塔；位于所述双层抛光塔工艺上游端的光解反应器；位于所述双层抛光塔工艺上游端、并与所述光解反应器并联布置的第一膜接触器，所述第一膜接触器内置溶氢膜，且所述第一膜接触器配置高纯氢气供给系统；以及所述双层抛光塔的工艺下游具有第二膜接触器；所述双层抛光塔沿工艺流程依次划分出供给部、收容部和排出部；所述双层抛光塔的供给部接收工艺上游供给的待提纯水、并向所述收容部供给待提纯水；所述收容部沿工艺流程分为两层区域，分别为靠近所述供给部一侧的填充有负载型金属纳米粒子催化剂的第一区域、以及靠近所述排出部一侧的填充有混合离子交换树脂的第二区域；所述收容部依次通过所述第一区域和所述第二区域处理待提纯水并获得提纯水，所述收容部将提纯水输送至所述排出部并通过该排出部向工艺下游端排出。
[0009]其中，在本专利技术的系统中，所述第一膜接触器内置溶氢膜，设置在所述双层抛光塔前级，通过氢气吹扫的方式，使待提纯水溶入高纯氢气，较佳的采用混流比率调节的方式接入所述精处理回路，与所述光解反应器的出流水或优选设置了弱酸吸附塔的出流水混合；在所述光解反应器与所述双层抛光塔之间，优选地设置带有正电吸附功能的弱酸吸附塔；在所述光解反应器的后级设置所述双层抛光塔，混合后的待提纯水进入双层抛光塔；所述双层抛光塔完成自由基复合氧化剂的快速淬灭和全部离子的抛光吸附，出流水进入第二膜接触器；所述第二膜接触器通过氮气吹扫的方式，将待提纯水中各种溶解气体脱除掉，再经微粒子膜分离器脱去包括细菌在内的微小颗粒，形成提纯水。
[0010]另外，本专利技术通过双层抛光塔中负载型金属纳米粒子催化剂，可使得光解反应器产生的自由基复合氧化剂分解还原，生成副产物氧气，氧气与第一膜接触器吸收进入水相的氢气，被催化剂较高的解离能活化为吸附态氢原子与吸附态原子氧，从而在催化剂表面发生选择性复相催化加氢反应还原为水，此举措不仅从根本上解决了催化剂较长时间使用后表面氧化、性能下降、寿命缩短的问题，避免了中断运行、抽取、浸泡、清洗等有限恢复的步骤以及带来的污染风险，还可在获得自由基复合氧化剂高效脱除至1μg/l以下的情形下，将动态运行的溶解氧降除到更低的水准，如0.1~0.5μg/l。
[0011]所述第一膜接触器制备得到富含氢气的超纯水的溶解氢浓度控制在0.05~0.1mg/l，且所述第一膜接触器制备得到富含氢气的超纯水的混流比率为3%~10%。
[0012]进一步的，所述第二膜接触器的工艺下游端连接有微粒子膜分离器；所述第二膜接触器配置高纯氮气供给系统。
[0013]进一步的，所述双层抛光塔的收容部沿水流方向为层叠结构，可以通过孔板分割为分别填充负载型金属纳米粒子催化剂（60301）和混合离子交换树脂（60302）的两个区域。
[0014]进一步的，所述双层抛光塔按照工艺流程设置有两个串联的子收容部，所述子收容部依次作为上游和下游填充有负载型金属纳米粒子催化剂和混合离子交换树脂。
[0015]进一步的，所述负载型金属纳米粒子催化剂选用负载型单金属纳米粒子催化剂和二元金属复合纳米粒子催化剂或多元合金复合纳米粒子催化剂；所述负载型金属纳米粒子催化剂包括
Ⅷ
族金属中的贵金属或IB族金属中的副族
贵金属的胶体粒子，负载于载体上。本专利技术以二元金属纳米粒子催化剂为代表的合金复合纳米粒子催化剂，相比单金属纳米粒子催化剂，能够更加快速地高效分解并淬灭待提纯水中的次生氧化剂（自由基复合氧化剂），深度脱除氧气，且在超纯液相环境下不污染水质。
[0016]进一步的，所述负载型金属纳米粒子催化剂的胶体粒子粒径为1nm~30nm；金属纳米粒子的尺寸大小和相关的平均表面配位会影响金属催化剂表面反应中间体的结合能，进而影响氢化和分解反应的还原速率。在1~30nm粒径范围内，金属纳米粒子能够极为快速地分解并淬灭待提纯水中的次生氧化剂，并具有较高的选择性。
[0017]所述负载型金属纳米粒子催化剂与含有过氧化氢的待提纯水的接触时间为2s~45s，即空速SV=80h
‑1~1800h
‑1。
[0018]进一步的，所述双层抛光塔中所述负载型金属纳米粒子催化剂的反应容量是混合离子交换树脂的2%~88%。合理匹配负载型金属纳米粒子催化剂的反应容量，不仅可以获得快速有效分解并淬灭待提纯水中次生氧化剂的反应速率，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种精处理回路提纯水的系统，其特征在于，该系统包括：双层抛光塔（6）；位于所述双层抛光塔（6）工艺上游端的光解反应器（2）；位于所述双层抛光塔（6）工艺上游端、并与所述光解反应器（2）并联布置的第一膜接触器（4），所述第一膜接触器（4）内置溶氢膜，且所述第一膜接触器（4）配置高纯氢气供给系统；以及所述双层抛光塔（6）的工艺下游具有第二膜接触器（7）；所述双层抛光塔（6）沿工艺流程依次划分出供给部（601）、收容部（603）和排出部（602）；所述双层抛光塔（6）的供给部（601）接收工艺上游供给的待提纯水、并向所述收容部（603）供给待提纯水；所述收容部（603）沿工艺流程分为两层区域，分别为靠近所述供给部（601）一侧的填充有负载型金属纳米粒子催化剂（60301）的第一区域、以及靠近所述排出部（602）一侧的填充有混合离子交换树脂（60302）的第二区域；所述收容部（601）依次通过所述第一区域和所述第二区域处理待提纯水并获得提纯水，所述收容部（603）将提纯水输送至所述排出部（602）并通过该排出部（602）向工艺下游端排出。2.根据权利要求1所述的一种精处理回路提纯水的系统，其特征在于，所述第一膜接触器（4）通过混流比率调节的方式接入系统；所述第一膜接触器（4）制备得到富含氢气的超纯水的溶解氢浓度控制在0.05~0.1mg/l，且所述第一膜接触器（4）制备得到富含氢气的超纯水的混流比率为3%~10%。3.根据权利要求1所述的一种精处理回路提纯水的系统，其特征在于，所述第二膜接触器（7）的工艺下游端连接有微粒子膜分离器（9）；所述第二膜接触器（7）配置高纯氮气供给系统。4.根据权利要求1所述的一种精处理回路提纯水的系统，其特征在于，所述双层抛光塔（6）的收容部（603）沿水流方向为层叠结构，可以通过孔板分割为分别填充负载型金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑伟，杨光明，程星华，陈保红，王立，李功洲，
申请(专利权)人：中国电子工程设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：