Сверхчистая вода
Сверхчистая вода ( UPW ), вода высокой чистоты или вода высокой очистки ( HPW ) — это вода , очищенная в соответствии с необычайно строгими требованиями. Сверхчистая вода — это термин, обычно используемый в производстве, чтобы подчеркнуть тот факт, что вода очищается до высочайшего уровня чистоты от всех типов загрязнений, включая: органические и неорганические соединения; растворенные и твердые частицы; летучие и энергонезависимые ; реактивный и инертный; гидрофильные и гидрофобные ; и растворенные газы .
UPW и обычно используемый термин «деионизированная (ДИ) вода» — это не одно и то же. В дополнение к тому факту, что UPW удаляет органические частицы и растворенные газы, типичная система UPW имеет три стадии: стадию предварительной очистки для производства очищенной воды , первичную стадию для дальнейшей очистки воды и стадию доочистки, самую дорогую часть процесса. процесс лечения. [ А ]
Ряд организаций и групп разрабатывают и публикуют стандарты, связанные с производством UPW. Что касается микроэлектроники и энергетики, они включают Semiconductor Equipment and Materials International ( SEMI ) (микроэлектроника и фотоэлектрическая энергия ), Американское общество по испытаниям и материалам International (ASTM International) (полупроводники, энергетика), Научно-исследовательский институт электроэнергетики (EPRI) (энергетика), Американский Общество инженеров-механиков (ASME) (энергетика) и Международная ассоциация по свойствам воды и пара (IAPWS) (энергетика). Фармацевтические предприятия следуют стандартам качества воды, разработанным фармакопеями , тремя примерами которых являются Фармакопея США , Европейская фармакопея и Японская фармакопея .
Наиболее широко используемые требования к качеству UPW документированы в ASTM D5127 «Стандартное руководство для сверхчистой воды, используемой в электронной и полупроводниковой промышленности». [ 1 ] и SEMI F63 «Руководство по сверхчистой воде, используемой при обработке полупроводников». [ 2 ]
Сверхчистая вода также используется в качестве питательной воды для котлов в парке сельскохозяйственных машин Великобритании . [ нужна ссылка ]
Источники и контроль
[ редактировать ]Бактерии , частицы, органические и неорганические источники загрязнения различаются в зависимости от ряда факторов, включая питательную воду для производства UPW, а также выбор материалов трубопроводов, используемых для ее транспортировки. Бактерии обычно указываются в колониеобразующих единицах ( КОЕ ) на объем UPW. Частицы используют количество на объем UPW. Общее количество органического углерода (TOC), металлические примеси и анионные примеси измеряются в безразмерных долях в обозначениях , таких как ppm, ppb, ppt и ppq. [ нужна ссылка ]
Бактерии в этом списке считаются одними из самых упорных в борьбе с ними. [ 3 ] Методы, которые помогают свести к минимуму рост бактериальных колоний в потоках UPW, включают периодическую химическую или паровую дезинфекцию (которая распространена в фармацевтической промышленности), ультрафильтрацию (применяется в некоторых фармацевтических, но в основном полупроводниковых отраслях), озонирование и оптимизацию конструкций трубопроводных систем, которые способствуют использование критериев числа Рейнольдса для минимального потока, [ 4 ] наряду с минимизацией мертвых ног. В современных и передовых системах UPW положительное количество бактерий (выше нуля) обычно наблюдается на вновь построенных объектах. Эту проблему эффективно решает санитарная обработка с использованием озона или перекиси водорода . При правильной конструкции системы полировки и распределения положительное количество бактерий обычно не обнаруживается на протяжении всего жизненного цикла системы UPW.
Частицы в UPW являются проклятием полупроводниковой промышленности, вызывая дефекты в чувствительных фотолитографических процессах, которые определяют особенности нанометрового размера. В других отраслях их последствия могут варьироваться от неудобств до опасных для жизни дефектов. Частицы можно контролировать с помощью фильтрации и ультрафильтрации. Источниками могут быть фрагменты бактерий, отслаивание стенок компонентов в смоченном потоке трубопровода, а также чистота процессов соединения, используемых при построении системы трубопроводов.
Общий органический углерод в сверхчистой воде может способствовать размножению бактерий, обеспечивая питательные вещества, может замещать в качестве карбида другие химические соединения в чувствительных термических процессах, реагировать нежелательным образом с биохимическими реакциями в биообработке и, в тяжелых случаях, оставлять нежелательные остатки. на производственных деталях. TOC может поступать из питательной воды, используемой для производства UPW, из компонентов, используемых для транспортировки UPW (добавок в производственных трубопроводных продуктах или вспомогательных средств для экструзии и смазок для форм), в результате последующих операций производства и очистки трубопроводных систем или из грязных труб. , фитинги и клапаны.
Металлические и анионные загрязнения в системах UPW могут остановить ферментативные процессы в биопереработке , вызвать коррозию оборудования в электроэнергетике и привести к кратковременному или долгосрочному выходу из строя электронных компонентов полупроводниковых чипов и фотоэлектрических элементов. Его источники аналогичны источникам ТОС. В зависимости от необходимого уровня чистоты обнаружение этих примесей может варьироваться от простых измерений проводимости (электролитических) до сложных приборов, таких как ионная хроматография (ИК), атомно-абсорбционная спектроскопия (АА) и масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС).
Приложения
[ редактировать ]Сверхчистая вода проходит несколько этапов очистки, чтобы соответствовать стандартам качества для различных пользователей.
Основными отраслями, использующими UPW, являются:
- процесс изготовления полупроводниковых приборов
- солнечная фотоэлектрическая энергия
- фармацевтика
- выработка электроэнергии (суб- и сверхкритические котлы)
- специальные приложения, такие как исследовательские лаборатории.
Термин «сверхчистая вода» стал популярным в конце 1970-х и начале 1980-х годов для описания особого качества воды, используемой в этих отраслях.
Хотя каждая отрасль использует то, что она называет «сверхчистой водой», стандарты качества различаются, а это означает, что UPW, используемый на фармацевтическом заводе, отличается от того, который используется на заводе по производству полупроводников или на электростанции. Стандарты основаны на приложении. Например, на заводах по производству полупроводников UPW используется в качестве чистящего средства, поэтому важно, чтобы вода не содержала растворенных загрязнений, которые могут осаждаться, или частиц, которые могут оседать на схемах и вызывать сбои микрочипов. Энергетика использует UPW для производства пара для привода паровых турбин; Фармацевтические предприятия используют UPW в качестве чистящего средства, а также в качестве ингредиента в продуктах, поэтому им нужна вода, свободная от эндотоксинов, микробов и вирусов.
Сегодня ионный обмен (IX) и электродеионизация (EDI) являются основными технологиями деионизации, связанными с производством UPW, в большинстве случаев после обратного осмоса (RO). В зависимости от требуемого качества воды, очистные сооружения UPW часто также включают в себя дегазацию , микрофильтрацию , ультрафильтрацию , ультрафиолетовое облучение и измерительные приборы (например, общий органический углерод [TOC], удельное сопротивление/проводимость , частицы, pH и специальные измерения для конкретных ионов). .
Вначале умягченная вода, получаемая с помощью таких технологий, как умягчение цеолитом или умягчение холодной известью, была предшественником современной обработки UPW. С этого момента термин «деионизированная» вода стал следующим достижением, поскольку синтетические смолы IX были изобретены в 1935 году, а затем стали коммерциализироваться в 1940-х годах. Самые ранние системы «деионизированной» воды основывались на обработке IX для получения «высокой чистоты», что определялось измерениями удельного сопротивления или проводимости. После того, как в 1960-х годах появились коммерческие мембраны обратного осмоса, использование обратного осмоса при лечении IX со временем стало обычным явлением. EDI был коммерциализирован в 1980-х годах, и теперь эта технология стала широко ассоциироваться с обработкой UPW.
Применение в полупроводниковой промышленности
[ редактировать ]UPW широко используется в полупроводниковой промышленности , где требуется высочайшая степень чистоты. Количество воды электронного или молекулярного качества, используемой полупроводниковой промышленностью, сравнимо с потреблением воды небольшого города; один завод может использовать сверхчистую воду (UPW) [ 5 ] со скоростью 2 МГД, или ~5500 м 3 /день. UPW обычно производится на месте.
Использование UPW варьируется; его можно использовать для промывки пластины после нанесения химикатов, для разбавления самих химикатов, в оптических системах для иммерсионной фотолитографии или в качестве подпитки охлаждающей жидкости в некоторых критически важных приложениях. UPW даже иногда используется в качестве источника увлажнения чистых помещений . [ 6 ]
Основное и наиболее важное применение UPW — очистка пластин на этапе мокрого травления и после него на этапе FEOL . [ 7 ] : 118 Примеси, которые могут вызвать загрязнение продукта или повлиять на эффективность процесса (например, скорость травления), должны быть удалены из воды на этапе очистки и травления. В процессах химико-механического полирования помимо реагентов и абразивных частиц используется вода. По состоянию на 2002 год «сверхчистой водой» (например, полупроводниковой) считалось 1-2 части загрязняющих молекул на миллион молекул воды. [ 7 ] : 118
Стандарты качества воды для использования в полупроводниковой промышленности
Тестовый параметр | Передовой Полупроводник УПВ [ 1 ] [ 2 ] |
---|---|
Удельное сопротивление (25 °C) | >18,18 МОм·см |
Общий органический углерод (онлайн за <10 частей на миллиард) |
<1 мкг/л |
Растворенный кислород онлайн | 10 мкг/л |
Онлайн-частицы (>0,05 мкм) | <200 частиц/л |
Энергонезависимый остаток | 100 нг/л |
Кремнезем (общий и растворенный) | 50 нг/л |
Металлы/Бор (по ICP/MS ) | |
22 наиболее распространенных элемента (см. F63-0213 [ 2 ] подробности) |
<1–10 нг/л |
Ионы (по IC ) | |
7 основных анионов и аммоний (см. F63-0213 [ 2 ] подробности) |
50 нг/л |
Микробиологический | |
Бактерии | <1 КОЕ /100 мл |
Аналогичным образом он используется в других типах производства электроники, таких как плоские дисплеи , дискретные компоненты (например, светодиоды ), пластины жесткого диска (HDD) и твердотельный накопитель NAND flash (SSD), датчики изображения и изображения. процессоры/оптика уровня пластин (WLO) и на основе кристаллического кремния фотоэлектрические элементы ; Однако требования к чистоте в полупроводниковой промышленности в настоящее время являются наиболее строгими. [ 5 ]
Применение в фармацевтической промышленности
[ редактировать ]Типичное использование сверхчистой воды в фармацевтической и биотехнологической промышленности представлено в таблице ниже: [ 8 ]
Использование сверхчистой воды в фармацевтической и биотехнологической промышленности.
Тип | Использовать |
---|---|
Бактериостатическая вода для инъекций | Разбавитель для офтальмологических и многодозовых инъекций. |
Стерильная вода для ингаляций | Разбавитель для средств ингаляционной терапии |
Стерильная вода для инъекций | Разбавитель для инъекций |
Стерильная вода для орошения | Разбавитель для продуктов внутренней ирригационной терапии |
Вода для инъекций оптом | Вода для нерасфасованного приготовления лекарственных средств для парентерального введения |
Чтобы его можно было использовать в фармацевтических и биотехнологических целях для производства лицензированных продуктов для здоровья человека и ветеринарии, он должен соответствовать спецификациям следующих статей фармакопеи:
- Британская фармакопея (BP): [ 9 ] Очищенная вода
- Японская фармакопея (JP): [ 10 ] Очищенная вода
- Европейская фармакопея (Ph Eur): [ 11 ] Очищенная вода
- Фармакопея США (USP): [ 12 ] Очищенная вода
Примечание. «Очищенная вода» обычно представляет собой основную монографию, в которой ссылаются на другие применения, в которых используется сверхчистая вода.
Сверхчистая вода часто используется в качестве критически важного средства для очистки (при необходимости). Он также используется для выработки чистого пара для стерилизации.
В следующей таблице суммированы спецификации двух основных фармакопей на «воду для инъекций»:
Фармакопейные характеристики воды для инъекций
Характеристики | Европейский Фармакопея (Ф. Евр.) [ 13 ] |
Соединенные Штаты Фармакопея (УТП) [ 14 ] |
---|---|---|
Проводимость [ Б ] (25 °С) | <1,3 мкСм/см | <1,3 мкСм/см |
Общий органический углерод (ТОС) | <0,5 мг/л | <0,5 мг/л |
Бактерии (рекомендация) | <10 КОЕ /100 мл | <10 КОЕ /100 мл |
эндотоксин | <0,25 МЕ/мл | <0,25 ЕС/мл [ С ] |
Нитраты | <0,2 частей на миллион | Н/Д |
Алюминий | <10 частей на миллиард | Н/Д |
Проверка сверхчистой и деионизированной воды
При валидации сверхчистой воды необходимо использовать подход жизненного цикла, основанный на оценке рисков. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] Этот подход состоит из трех этапов – проектирование и разработка, квалификация и постоянная проверка. Чтобы соответствовать ожиданиям регулирующих органов, следует использовать действующие нормативные руководства. Типичные руководящие документы, к которым следует обращаться на момент написания: Руководство FDA по проверкам систем водоснабжения высокой чистоты, Системы водоснабжения высокой чистоты (7/93), [ 19 ] Рекомендации EMEA CPMP/CVMP по качеству воды для фармацевтического использования (Лондон, 2002 г.), [ 20 ] и Монография USP <1231> Вода для фармацевтических целей. [ 21 ] Однако могут существовать документы других юрисдикций, и специалисты-практики, проводящие валидацию систем водоснабжения, обязаны ознакомиться с ними. В настоящее время Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) [ 22 ] а также Схема сотрудничества фармацевтических инспекций (PIC/S) [ 23 ] разработала технические документы, в которых излагаются требования и стратегии валидации водных систем.
Аналитические методы и приемы
[ редактировать ]Аналитические измерения онлайн
[ редактировать ]Проводимость/удельное сопротивление
[ редактировать ]В системах чистой воды измерение электролитической проводимости или удельного сопротивления является наиболее распространенным индикатором ионного загрязнения. Одни и те же основные измерения считываются либо в единицах проводимости микросименс на сантиметр (мкСм/см), типичных для фармацевтической и энергетической промышленности, либо в единицах удельного сопротивления МОм-сантиметр (МОм⋅см), используемых в микроэлектронной промышленности. Эти единицы являются обратными друг другу. Абсолютно чистая вода имеет проводимость 0,05501 мкСм/см и удельное сопротивление 18,18 МОм⋅см при 25 °C, наиболее распространенной эталонной температуре, до которой компенсируются эти измерения. Примером чувствительности к загрязнению этих измерений является то, что 0,1 частей на миллиард хлорида натрия повышает проводимость чистой воды до 0,05523 мкСм/см и снижает удельное сопротивление до 18,11 МОм⋅см. [ 24 ] [ 25 ]
Сверхчистая вода легко загрязняется следами углекислого газа из атмосферы, проходящего через крошечные утечки или диффундирующего через тонкостенные полимерные трубки, когда для измерения используются линии отбора проб. Углекислый газ образует в воде проводящую угольную кислоту. По этой причине датчики проводимости чаще всего постоянно вставляются непосредственно в основной трубопровод системы сверхчистой воды, чтобы обеспечить непрерывный мониторинг загрязнения в режиме реального времени. Эти зонды содержат датчики проводимости и температуры, позволяющие точно компенсировать очень большое влияние температуры на проводимость чистой воды. Зонды проводимости имеют многолетний срок службы в системах чистой воды. Они не требуют никакого обслуживания, за исключением периодической проверки точности измерений, обычно ежегодно.
Натрий
[ редактировать ]Натрий обычно является первым ионом, пробивающимся через обедненный катионит. Измерение натрия позволяет быстро обнаружить это состояние и широко используется в качестве индикатора регенерации катионного обмена. Проводимость стоков катионного обмена всегда довольно высока из-за присутствия анионов и ионов водорода, поэтому измерение проводимости для этой цели бесполезно. Натрий также измеряется в пробах воды и пара электростанций, поскольку он является распространенным коррозионным загрязнителем и может быть обнаружен в очень низких концентрациях в присутствии более высоких количеств аммиака и/или аминов, которые имеют относительно высокую фоновую проводимость.
Для оперативного измерения натрия в сверхчистой воде чаще всего используется натрий-селективный электрод со стеклянной мембраной и электрод сравнения в анализаторе, измеряющем небольшую непрерывно протекающую пробу в боковом потоке. Напряжение, измеренное между электродами, пропорционально логарифму активности или концентрации ионов натрия согласно уравнению Нернста . Благодаря логарифмическому отклику можно регулярно измерять низкие концентрации в диапазонах долей на миллиард. Чтобы предотвратить влияние ионов водорода, pH образца повышают путем непрерывного добавления чистого амина перед измерением. Калибровка при низких концентрациях часто выполняется с помощью автоматических анализаторов, чтобы сэкономить время и исключить переменные при ручной калибровке. [ 26 ]
Растворенный кислород
[ редактировать ](DO) (до 10 частей на миллиард Передовые процессы производства микроэлектроники требуют низких концентраций растворенного кислорода ) в сверхчистой промывочной воде для предотвращения окисления пленок и слоев пластин. Содержание растворенного вещества в воде и паре электростанции должно контролироваться на уровне частей на миллиард, чтобы свести к минимуму коррозию. Компоненты медных сплавов на электростанциях требуют концентрации DO, измеряемой однозначными числами на миллиард, тогда как сплавы железа могут извлечь выгоду из эффекта пассивации более высоких концентраций в диапазоне от 30 до 150 частей на миллиард.
Растворенный кислород измеряется с помощью двух основных технологий: электрохимической ячейки или оптической флуоресценции. Традиционные электрохимические измерения используют датчик с газопроницаемой мембраной. За мембраной электроды, погруженные в электролит, создают электрический ток, прямо пропорциональный парциальному давлению кислорода в образце. Сигнал представляет собой температурную компенсацию растворимости кислорода в воде, производительности электрохимической ячейки и скорости диффузии кислорода через мембрану.
Оптические флуоресцентные датчики DO используют источник света, флуорофор и оптический детектор. Флуорофор погружают в образец. Свет направляется на флуорофор, который поглощает энергию, а затем повторно излучает свет с большей длиной волны . Продолжительность и интенсивность переизлученного света связана с парциальным давлением растворенного кислорода соотношением Штерна-Фольмера . Сигнал компенсируется по температуре с учетом растворимости кислорода в воде и характеристик флуорофора для получения значения концентрации DO. [ 27 ]
Кремнезем
[ редактировать ]Кремнезем является загрязнителем, который вреден для микроэлектронной обработки, и его необходимо поддерживать на уровне менее миллиарда. При производстве паровой энергии кремнезем может образовывать отложения на теплообменных поверхностях, что снижает тепловой КПД . В высокотемпературных котлах кремнезем улетучивается и уносится паром, образуя отложения на лопатках турбины, что снижает аэродинамическую эффективность. Отложения кремнезема очень трудно удалить. Кремнезем является первым легко поддающимся измерению веществом, выделяемым отработанной анионообменной смолой , и поэтому используется в качестве инициатора регенерации анионитовой смолы. Кремнезем не проводит ток и поэтому не обнаруживается по проводимости.
Кремнезем измеряется в пробах бокового потока с помощью колориметрических анализаторов. При измерении добавляются реагенты, в том числе молибдатное соединение и восстановитель, для получения синего цвета кремний-молибдатного комплекса, который определяется оптически и зависит от концентрации в соответствии с законом Бера-Ламберта . Большинство анализаторов кремнезема работают на автоматизированной полунепрерывной основе, изолируя небольшой объем пробы, последовательно добавляя реагенты и оставляя достаточно времени для протекания реакций, одновременно сводя к минимуму расход реагентов. Индикация и выходные сигналы обновляются с каждым результатом измерения партии, обычно с интервалом от 10 до 20 минут. [ 28 ]
Частицы
[ редактировать ]Частицы в UPW всегда представляли серьезную проблему для производства полупроводников, поскольку любая частица, попавшая на кремниевую пластину, может преодолеть разрыв между электрическими путями в полупроводниковой схеме. При коротком замыкании пути полупроводниковое устройство не будет работать должным образом; такой отказ называется потерей производительности, одним из наиболее тщательно отслеживаемых параметров в полупроводниковой промышленности. Методика обнаружения этих одиночных частиц состояла в том, чтобы пропустить световой луч (лазер) через небольшой объем UPW и обнаружить свет, рассеянный любыми частицами (приборы, основанные на этом методе, называются лазерными счетчиками частиц или LPC). Поскольку производители полупроводников помещают все больше и больше транзисторов в одно и то же физическое пространство, ширина линии схемы становится все уже и уже. В результате производителям ЛПК приходится использовать все более мощные лазеры и очень сложные детекторы рассеянного света, чтобы идти в ногу со временем. Поскольку ширина линии приближается к 10 нм (диаметр человеческого волоса составляет около 100 000 нм), технология LPC становится ограниченной вторичными оптическими эффектами, и потребуются новые методы измерения частиц. Недавно один из таких новых методов анализа, получивший название NDLS, был успешно применен в лаборатории Электрум (Королевский технологический институт) в Стокгольме, Швеция. NDLS основан на приборе динамического рассеяния света (DLS).
Нелетучий остаток
[ редактировать ]Другим типом загрязнения UPW являются растворенные неорганические материалы, в первую очередь кремнезем. Кремнезем является одним из самых распространенных минералов на планете и встречается во всех источниках воды. Любой растворенный неорганический материал может остаться на пластине по мере высыхания UPW. Опять же, это может привести к значительной потере урожайности. Для обнаружения следовых количеств растворенного неорганического материала обычно используется измерение нелетучего остатка. Этот метод предполагает использование распылителя для создания капель UPW, взвешенных в потоке воздуха. Эти капли сушат при высокой температуре с образованием аэрозоля из нелетучих частиц остатка. Затем измерительное устройство, называемое счетчиком частиц конденсации, подсчитывает остатки частиц и дает показания в частях на триллион (ppt) по весу. [ 29 ]
ТОС
[ редактировать ]Общий органический углерод чаще всего измеряется путем окисления органических веществ в воде до CO 2 , измерения увеличения концентрации CO 2 после окисления или дельты CO 2 и преобразования измеренного количества дельта CO 2 в «массу углерода» на объем. концентрационные единицы. Исходный CO 2 в пробе воды определяется как неорганический углерод или IC. CO 2 , образующийся из окисленных органических веществ, и любой исходный CO 2 (IC) вместе определяются как общий углерод или TC. Значение TOC тогда равно разнице между TC и IC. [ 30 ]
Методы органического окисления для анализа ТОС
[ редактировать ]Окисление органических веществ до CO 2 чаще всего достигается в жидких растворах за счет образования сильно окисляющих химических соединений – гидроксильного радикала (OH•). Органическое окисление в среде горения включает в себя создание других активных форм молекулярного кислорода. Для типичных уровней TOC в системах UPW большинство методов используют гидроксильные радикалы в жидкой фазе.
Существует несколько методов создания достаточных концентраций гидроксильных радикалов, необходимых для полного окисления органических веществ в воде до CO 2 , причем каждый метод подходит для разных уровней чистоты воды. Для типичной сырой воды, поступающей в переднюю часть системы очистки UPW, сырая вода может содержать уровни TOC от 0,7 мг/л до 15 мг/л и требует надежного метода окисления, который может гарантировать наличие достаточного количества кислорода для полной переработки всех атомы углерода в органических молекулах в CO 2 . Надежные методы окисления, обеспечивающие достаточное количество кислорода, включают следующие методы: Ультрафиолетовый свет (УФ) и персульфат, нагретый персульфат, горение и сверхкритическое окисление. Ниже приведены типичные уравнения, показывающие образование гидроксильных радикалов персульфатом.
С
22О 2−
8 + hν (254 нм) → 2 SO −
4 • и ТАК −
4 • + Ч
2O → HSO −
4 + ОН •
Когда концентрация органических веществ составляет менее 1 мг/л ТОС и вода насыщена кислородом, УФ-излучения достаточно для окисления органических веществ до CO 2 , это более простой метод окисления. Длина волны УФ-излучения для вод с более низким содержанием TOC должна быть менее 200 нм и обычно составляет 184 нм, генерируемая ртутной лампой низкого давления. УФ-свет с длиной волны 184 нм достаточно энергичен, чтобы расщепить молекулу воды на радикалы OH и H. Радикалы водорода быстро реагируют с образованием H 2 . Уравнения следующие:
H 2 O + hν (185 нм) → OH• + H • и H • + H • → H 2
Различные типы анализаторов TOC UPW
IC (неорганический углерод) = CO
2 + ОЗ −
3 + СО 2−
3
TC (Общий углерод) = Органический углерод + IC
TOC (Общий органический углерод) = TC – IC
H 2 O + hν (185 нм) → OH• + H•
С
22О 2−
8 + hν (254 нм) → 2 SO −
4 •
ТАК −
4 • + Ч
2O → HSO −
4 + ОН •
Автономный лабораторный анализ
[ редактировать ]При тестировании качества UPW учитывается, где это качество требуется и где оно должно быть измерено. Точка распределения или доставки (POD) — это точка в системе сразу после последнего этапа обработки и перед контуром распределения. Это стандартное место для большинства аналитических тестов. Точка подключения (POC) — еще одна часто используемая точка для измерения качества UPW. Он расположен на выходе из подмагистрального или бокового отводящего клапана, используемого для подачи UPW к инструменту.
Анализ выборки UPW является либо дополнением к онлайн-тестированию, либо альтернативой, в зависимости от наличия инструментов и уровня спецификаций качества UPW. Анализ проб проб обычно выполняется по следующим параметрам: металлы, анионы, аммоний, кремнезем (как растворенный, так и общий), частицы с помощью SEM (сканирующего электронного микроскопа), TOC (общее количество органических соединений) и конкретные органические соединения. [ 1 ] [ 2 ]
Анализ металлов обычно выполняется с помощью ICP-MS ( масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой ). Уровень обнаружения зависит от конкретного типа используемого прибора, а также метода подготовки и обработки проб. Современные методы позволяют достичь уровня субчастей на триллион (частей на триллион) (< 1 ppt), который обычно проверяется ICPMS. [ 31 ]
Анионный анализ семи наиболее распространенных неорганических анионов (сульфата, хлорида, фторида, фосфата, нитрита, нитрата и бромида) проводится с помощью ионной хроматографии (ИК), достигая пределов обнаружения однозначных значений ppt. IC также используется для анализа аммиака и катионов других металлов. Однако ICPMS является предпочтительным методом для металлов из-за более низких пределов обнаружения и его способности обнаруживать как растворенные, так и нерастворенные металлы в UPW. IC также используется для обнаружения мочевины в UPW до уровня 0,5 частей на миллиард. Мочевина является одним из наиболее распространенных загрязнителей в UPW и, вероятно, наиболее трудным для очистки.
Анализ кремнезема в UPW обычно включает определение реактивного и общего кремнезема. [ 32 ] Из-за сложности химии кремнезема измеряемая форма кремнезема определяется фотометрическим (колориметрическим) методом как молибдат-реактивный кремнезем. Те формы кремнезема, которые реагируют с молибдатами, включают растворенные простые силикаты, мономерный кремнезем и кремниевую кислоту, а также неопределенную фракцию полимерного кремнезема. Для определения общего содержания кремнезема в воде используются методы ICPMS высокого разрешения, GFAA (атомно-абсорбционная графитовая печь), [ 33 ] и фотометрический метод в сочетании с разложением кремнезема. Для многих природных вод измерение молибдат-реактивного кремнезема с помощью этого метода испытаний обеспечивает точное приближение общего содержания кремнезема, и на практике колориметрический метод часто заменяется другими, более трудоемкими методами. Однако анализ общего кремнезема становится более важным в UPW, где ожидается присутствие коллоидного кремнезема из-за полимеризации кремнезема в ионообменных колонках. Коллоидный кремнезем считается более важным, чем растворенный в электронной промышленности, из-за большего влияния наночастиц в воде на процесс производства полупроводников. Уровни содержания кремнезема менее ppb (частей на миллиард) делают его одинаково сложным для анализа как реактивного, так и общего кремнезема, что делает выбор теста на общий кремнезем часто предпочтительным.
Хотя частицы и TOC обычно измеряются с использованием онлайновых методов, значительную ценность имеет дополнительный или альтернативный автономный лабораторный анализ. Ценность лабораторного анализа имеет два аспекта: стоимость и видообразование. Небольшие предприятия UPW, которые не могут позволить себе приобретение онлайнового оборудования, часто выбирают автономное тестирование. TOC можно измерить в отобранной пробе при концентрации всего 5 частей на миллиард, используя тот же метод, который используется для онлайн-анализа (см. описание онлайн-метода). Этот уровень обнаружения покрывает большинство потребностей менее важных электронных и всех фармацевтических приложений. Когда определение органических веществ требуется для устранения неполадок или проектирования, эффективный анализ обеспечивает жидкостная хроматография и обнаружение органического углерода (LC-OCD). Этот метод позволяет идентифицировать биополимеры, гуминовые кислоты, низкомолекулярные кислоты и нейтральные вещества и многое другое, характеризуя при этом почти 100% органического состава в UPW с уровнем содержания TOC менее миллиарда на миллиард. [ 34 ] [ 35 ]
Подобно TOC, анализ частиц SEM представляет собой более дешевую альтернативу дорогостоящим онлайн-измерениям и поэтому обычно является предпочтительным методом в менее важных приложениях. СЭМ-анализ может обеспечить подсчет частиц размером до 50 нм, что обычно соответствует возможностям онлайн-инструментов. Испытание включает установку картриджа улавливающего фильтра SEM на порт отбора проб UPW для отбора проб на мембранный диск с размером пор, равным или меньшим, чем целевой размер частиц UPW. Затем фильтр переносят в микроскоп SEM, где его поверхность сканируют для обнаружения и идентификации частиц. Основным недостатком SEM-анализа является длительное время отбора проб. В зависимости от размера пор и давления в системе UPW время отбора проб может составлять от одной недели до одного месяца. Однако типичная надежность и стабильность систем фильтрации частиц позволяют успешно применять метод SEM. Применение энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (SEM-EDS) обеспечивает анализ состава частиц, что делает SEM также полезным для систем с онлайн-счетчиками частиц.
Анализ бактерий обычно проводится по методу ASTM F1094. [ 36 ] Метод испытаний включает отбор и анализ воды высокой чистоты из систем водоочистки и систем водоснабжения путем прямого отбора проб и фильтрацию пробы, собранной в мешок. Эти методы испытаний охватывают как отбор проб из водопроводов, так и последующий микробиологический анализ пробы культуральным методом. Среди микроорганизмов, выделенных из проб воды и подсчитанных на фильтрах, присутствуют как аэробы, так и факультативные анаэробы. Температуру инкубации поддерживают на уровне 28 ± 2 °С, продолжительность инкубации составляет 48 или 72 часа, если позволяет время. Для наиболее важных применений обычно рекомендуется более длительное время инкубации. Однако 48 часов обычно достаточно, чтобы обнаружить нарушения качества воды.
Процесс очистки
[ редактировать ]Проектирование системы UPW для полупроводниковой промышленности
[ редактировать ]Обычно городская питательная вода (содержащая все ранее упомянутые нежелательные примеси) проходит ряд стадий очистки, которые, в зависимости от желаемого качества UPW, включают грубую фильтрацию крупных частиц, угольную фильтрацию, умягчение воды, обратный осмос, к ультрафиолетовому (УФ) свету для контроля TOC и/или бактериального статического контроля, полировке ионообменными смолами или электродионизации (EDI) и, наконец, фильтрации или ультрафильтрации .
В некоторых системах используется прямой возврат, обратный возврат или змеевидные петли, которые возвращают воду в зону хранения, обеспечивая непрерывную рециркуляцию, в то время как другие представляют собой системы одноразового использования, которые работают от точки производства UPW до точки использования. Постоянная рециркуляция в первом обеспечивает непрерывную полировку воды при каждом проходе. Последний может быть склонен к накоплению загрязнений, если его оставить без использования.
Для современных систем UPW важно учитывать конкретные требования к месту и процессу, такие как экологические ограничения (например, ограничения на сброс сточных вод) и возможности утилизации (например, существует ли обязательный минимальный объем рекуперации). Системы UPW состоят из трех подсистем: предварительной обработки, первичной и полировки. Большинство систем схожи по конструкции, но могут различаться по секции предварительной очистки в зависимости от природы исходной воды.
Предварительная обработка: Предварительная обработка позволяет получить очищенную воду . Типичными методами предварительной обработки являются двухпроходной обратный осмос , деминерализация плюс обратный осмос или HERO (высокоэффективный обратный осмос). [ 37 ] [ 38 ] Кроме того, степень фильтрации перед этими процессами будет зависеть от уровня взвешенных веществ, мутности и органических веществ, присутствующих в исходной воде. Распространенными типами фильтрации являются мультимедиа, автоматические фильтры с обратной промывкой и ультрафильтрация для удаления взвешенных частиц и снижения мутности, а также активированный уголь для снижения содержания органических веществ. Активированный уголь также можно использовать для удаления хлора перед обратным осмосом на этапах деминерализации. Если активированный уголь не используется, то для дехлорирования питательной воды используют бисульфит натрия.
Первичная: Первичная обработка состоит из ультрафиолетового света (УФ) для восстановления органических веществ, EDI и/или ионного обмена смешанного слоя для деминерализации. Смешанные пласты могут быть нерегенерируемыми (по EDI), регенерированными на месте или извне. Последним шагом в этом разделе может быть удаление растворенного кислорода с использованием процесса мембранной дегазации или вакуумной дегазации.
Полировка: Полировка состоит из УФ-излучения, теплообмена для контроля постоянной температуры в источнике UPW, нерегенерируемого ионного обмена, мембранной дегазации (для полировки до конечных требований UPW) и ультрафильтрации для достижения необходимого уровня частиц. Некоторым заводам по производству полупроводников для некоторых процессов требуется горячий UPW. В этом случае полированный UPW перед отправкой на производство нагревается в диапазоне от 70 до 80°С. Большинство этих систем включают рекуперацию тепла, при которой избыточный горячий UPW, возвращаемый с производства, поступает в установку рекуперации тепла перед возвратом в питающий резервуар UPW, чтобы сэкономить на использовании отопительной воды или необходимости охлаждения горячего обратного потока UPW. [ 39 ]
Ключевые критерии проектирования UPW для производства полупроводников
[ редактировать ]Удалите загрязнения как можно дальше в системе, насколько это практически возможно и экономически эффективно.
Стационарный поток в подпиточной и первичной секциях, чтобы избежать пиков TOC и проводимости (БЕЗ операций запуска/останова). Рециркулируйте избыточный поток вверх по течению.
Сведите к минимуму использование химикатов после установок обратного осмоса.
Рассмотрите возможность использования EDI и нерегенерируемых первичных смешанных слоев вместо первичных слоев, регенерируемых на месте или извне, чтобы обеспечить оптимальное качество подпитки UPW и свести к минимуму вероятность сбоев.
Выбирайте материалы, которые не будут вносить в систему TOC и частицы, особенно в первичной и полирующей секциях. Минимизируйте использование нержавеющей стали в контуре полировки, и, если она используется, рекомендуется электрополировка.
Сведите к минимуму застойные зоны в трубопроводе, чтобы избежать возможности размножения бактерий.
Поддерживайте минимальные скорости размыва в трубопроводах и распределительной сети, чтобы обеспечить турбулентный поток. Рекомендуемый минимум основан на числе Рейнольдса 3000 Re или выше. Эта сумма может достигать 10 000 Re в зависимости от уровня комфорта проектировщика.
Используйте только первичную смолу в полировальных смешанных слоях. Заменяйте каждые один-два года.
Подавайте UPW на производство при постоянном расходе и постоянном давлении, чтобы избежать сбоев в работе системы, таких как выбросы частиц.
Используйте конструкцию распределительного контура с обратным возвратом для гидравлического баланса и во избежание обратного потока (возврата к источнику питания).
Соображения относительно емкости
[ редактировать ]Емкость играет важную роль в инженерных решениях по конфигурации и размерам системы UPW. Например, системы полировки старых и меньших по размеру электронных систем были разработаны с учетом критериев минимальной скорости потока до 60 см (2 фута) в секунду на конце трубы, чтобы избежать бактериального загрязнения. Для более крупных заводов требовались системы UPW большего размера. На рисунке ниже показано увеличение потребления, вызванное увеличением размера пластин, производимых на новых заводах. Однако для труб большего размера (из-за более высокого расхода) критерий 60 см (2 футов) в секунду означал чрезвычайно высокий расход и слишком большую систему полировки. Промышленность отреагировала на эту проблему и благодаря обширным исследованиям, выбору материалов более высокой чистоты и оптимизированной конструкции распределения смогла снизить проектные критерии минимального расхода, используя критерии числа Рейнольдса.
Рисунок справа иллюстрирует интересное совпадение: наибольший диаметр основной питающей линии UPW равен размеру пластины в производстве (это соотношение известно как закон Клайбера). Увеличение размеров трубопроводов, а также системы в целом требует новых подходов к управлению пространством и оптимизации процессов. В результате новые системы UPW выглядят довольно похожими, что контрастирует с меньшими системами UPW, которые могут иметь менее оптимизированную конструкцию из-за меньшего влияния неэффективности на затраты и управление пространством.
Еще одно соображение емкости связано с работоспособностью системы. Небольшие лабораторные системы (производительность дюжины литров в минуту/несколько галлонов в минуту) обычно не требуют участия операторов, в то время как крупномасштабные системы обычно работают 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, хорошо обученными операторами. В результате системы меньшего размера разрабатываются без использования химикатов и имеют более низкую эффективность использования воды и энергии, чем более крупные системы.
Критические проблемы UPW
[ редактировать ]Контроль частиц
[ редактировать ]Частицы в UPW являются критическими загрязнителями, которые приводят к многочисленным дефектам на поверхности пластин. При большом объеме UPW, который вступает в контакт с каждой пластиной, легко происходит осаждение частиц на пластину. После осаждения частицы нелегко удалить с поверхностей пластин. С увеличением использования разбавленных химикатов частицы в UPW становятся проблемой не только при промывке пластин UPW, но также из-за попадания частиц во время разбавленной влажной очистки и травления, где UPW является основным компонентом используемых химикатов.
Уровни частиц должны контролироваться до размеров нанометров, а текущие тенденции [ на момент? ] приближаются к 10 нм и меньше для контроля частиц в UPW. Хотя для основного контура используются фильтры, компоненты системы UPW могут способствовать дополнительному загрязнению воды частицами, и в месте использования рекомендуется дополнительная фильтрация.
Сами фильтры должны быть изготовлены из сверхчистых и прочных материалов, которые не содержат органических веществ или катионов/анионов в UPW, и должны быть проверены на целостность на заводе, чтобы гарантировать надежность и производительность. Обычные материалы включают нейлон , полиэтилен , полисульфон и фторполимеры . Фильтры обычно изготавливаются из комбинации полимеров, а при использовании UPW их сваривают термически без использования клеев или других загрязняющих добавок.
Микропористая быть структура фильтра имеет решающее значение для контроля частиц, и эта структура может изотропной или асимметричной . В первом случае распределение пор в фильтре равномерное, а во втором более тонкая поверхность обеспечивает удаление частиц, а более грубая структура обеспечивает физическую поддержку, а также снижает общий перепад давления.
Фильтры могут представлять собой картриджные форматы, в которых UPW протекает через складчатую структуру, а загрязнения собираются непосредственно на поверхности фильтра. В системах UPW обычно используются ультрафильтры (UF), состоящие из половолоконных мембран. В этой конфигурации UPW протекает через полое волокно, выметая загрязнения в поток отходов, известный как поток ретентата. Поток ретентата составляет лишь небольшой процент от общего потока и отправляется в отходы. Продуктовая вода или поток пермеата представляет собой UPW, проходящий через оболочку полого волокна и выходящий через центр полого волокна. UF является высокоэффективным продуктом фильтрации для UPW, а попадание частиц в поток ретентата обеспечивает чрезвычайно длительный срок службы, требующий лишь периодической очистки. Использование UF в системах UPW обеспечивает превосходный контроль частиц до размеров, измеряемых единицами нанометров. [ 39 ]
Применение в точках использования (POU) для фильтрации UPW включает влажное травление и очистку, промывку перед сушкой парами IPA или жидкостью, а также литографическое дозирование, промывку UPW после проявления. Эти приложения создают особые проблемы для фильтрации POU UPW.
Для влажного травления и очистки большинство инструментов представляют собой процессы с одной пластиной, которые требуют прохождения потока через фильтр по требованию инструмента. Результирующий прерывистый поток, который будет варьироваться от полного потока через фильтр при начале потока UPW через распылительную насадку, а затем обратно до струйного потока. Струйный поток обычно поддерживается, чтобы предотвратить застой в инструменте. Фильтр должен быть прочным, чтобы выдерживать давление и низкую цикличность, и должен продолжать удерживать захваченные частицы на протяжении всего срока службы фильтра. Это требует правильной конструкции и геометрии складок, а также средств, предназначенных для оптимизации захвата и удержания частиц. В некоторых инструментах может использоваться фиксированный корпус фильтра со сменными фильтрами, тогда как в других инструментах могут использоваться одноразовые фильтрующие капсулы для POU UPW.
Для литографии используются небольшие фильтрующие капсулы. Аналогично проблемам влажного травления и очистки POU UPW, для литографической промывки UPW поток через фильтр является прерывистым, хотя и при низком расходе и давлении, поэтому физическая надежность не так важна. Еще одним применением POU UPW для литографии является иммерсионная вода, используемая на границе раздела линза/пластина для формирования рисунка иммерсионной литографии с длиной волны 193 нм. UPW образует лужу между линзой и пластиной, улучшая NA, и UPW должен быть чрезвычайно чистым. Фильтрация POU используется на UPW непосредственно перед шаговым сканером.
В приложениях POU UPW в настоящее время используются фильтры размером менее 15 нм для усовершенствованных узлов 2x и 1x. Фильтры обычно изготавливаются из мембран из нейлона, полиэтилена высокой плотности (HDPE), полиарилсульфона (или полисульфона) или политетрафторэтилена (PTFE), а оборудование обычно состоит из HDPE или PFA.
Обработка органических веществ в месте использования (POU)
[ редактировать ]Обработка на месте использования часто применяется в критически важных инструментах, таких как иммерсионная литография и подготовка масок, чтобы поддерживать постоянное качество сверхчистой воды. Системы UPW, расположенные в центральном здании инженерных сетей, обеспечивают фабрику качественной водой, но могут не обеспечить достаточную стабильность очистки воды для этих процессов.
В случае, когда могут присутствовать мочевина, ТГМ, изопропиловый спирт (IPA) или другие трудноудаляемые (низкомолекулярные нейтральные соединения) виды TOC, требуется дополнительная обработка с усовершенствованного процесса окисления использованием систем (AOP). Это особенно важно, когда необходимо достичь жестких требований TOC ниже 1 ppb. Доказано, что эти трудноконтролируемые органические вещества влияют на производительность и производительность устройства, особенно на самых требовательных этапах процесса. Одним из успешных примеров контроля органических веществ POU до уровня TOC 0,5 ppb является AOP, сочетающий персульфат аммония и УФ-окисление (см. Химический процесс персульфат + УФ-окисление в разделе измерения TOC).
Доступные запатентованные усовершенствованные процессы окисления POU могут последовательно снизить содержание TOC до 0,5 частей на миллиард (ppb), а также поддерживать постоянную температуру, содержание кислорода и количество частиц, превышающих требования SEMI F063. [ 2 ] Это важно, поскольку малейшее изменение может напрямую повлиять на производственный процесс, существенно повлияв на выход продукции. [ 39 ] [ 40 ]
Переработка UPW в полупроводниковой промышленности
[ редактировать ]Полупроводниковая промышленность использует большое количество сверхчистой воды для смывания загрязнений с поверхности кремниевых пластин , которые позже превращаются в компьютерные чипы. Сверхчистая вода по определению имеет чрезвычайно низкий уровень загрязнения, но как только она вступает в контакт с поверхностью пластины, она переносит с поверхности остаточные химические вещества или частицы, которые затем попадают в систему очистки промышленных отходов производственного предприятия. Уровень загрязнения промывочной воды может сильно различаться в зависимости от конкретного этапа процесса, на котором промывается в данный момент. Этап «первого полоскания» может содержать большое количество остаточных загрязнений и частиц по сравнению с последним полосканием, которое может содержать относительно небольшое количество загрязнений. Типичные полупроводниковые заводы имеют только две дренажные системы для всех этих промывок, которые также объединяются с кислотными отходами, и поэтому промывочная вода не может эффективно повторно использоваться из-за риска загрязнения, вызывающего дефекты производственного процесса.
Как отмечалось выше, сверхчистая вода обычно не перерабатывается в полупроводниковых процессах, а регенерируется в других процессах. В США есть одна компания, Exergy Systems, Inc. из Ирвайна, Калифорния, которая предлагает запатентованный процесс переработки деионизированной воды. Этот продукт был успешно протестирован в ряде полупроводниковых процессов.
Определения:
СУМО использует следующие определения: [ 6 ]
- UPW Recycle – повторное использование воды в том же приложении после очистки
- Повторное использование воды – использование во вторичном применении.
- Регенерация воды – извлечение воды из сточных вод
Возврат и переработка воды:
Некоторые заводы по производству полупроводников используют очищенную воду для непроизводственных целей, например, в химических аспираторах, где сточные воды отправляются в промышленные отходы. Рекультивация воды также является типичным применением, когда отработанная промывочная вода с производственного предприятия может использоваться в градирнях, системах очистки выхлопных газов или в системах очистки мест использования. Переработка UPW не столь типична и включает в себя сбор отработанной производственной промывочной воды, ее обработку и повторное использование в процессе промывки пластин. В любом из этих случаев может потребоваться некоторая дополнительная очистка воды в зависимости от качества отработанной промывочной воды и применения оборотной воды. Это довольно распространенная практика на многих предприятиях по производству полупроводников по всему миру, однако существует ограничение на количество воды, которую можно утилизировать и переработать, если не учитывать повторное использование в производственном процессе.
Утилизация UPW:
Повторное использование промывочной воды в процессе производства полупроводников не одобрялось многими инженерами-технологами на протяжении десятилетий из-за риска того, что загрязнения химическими остатками и частицами могут попасть обратно в питательную воду UPW и привести к дефектам продукции. Современные системы сверхчистой воды очень эффективно удаляют ионные загрязнения до уровня частей на триллион (ppt), тогда как органическое загрязнение систем сверхчистой воды все еще находится на уровне частей на миллиард (ppb). В любом случае, утилизация промывочной воды для подпитки UPW всегда была серьезной проблемой, и до недавнего времени это не было обычной практикой. Рост затрат на воду и сточные воды в некоторых частях США и Азии подтолкнул некоторые компании, производящие полупроводники, к изучению возможности повторного использования промывочной воды производственного процесса в системе подпитки UPW. Некоторые компании внедрили подход, который использует комплексную крупномасштабную очистку, рассчитанную на наихудшие условия совместного сброса сточных вод. Совсем недавно были разработаны новые подходы, включающие подробный план управления водными ресурсами, чтобы попытаться минимизировать стоимость и сложность системы очистки.
План управления водными ресурсами:
Ключом к максимизации рекуперации, переработки и повторного использования воды является наличие хорошо продуманного плана управления водными ресурсами . Успешный план управления водными ресурсами включает полное понимание того, как промывные воды используются в производственном процессе, включая используемые химические вещества и их побочные продукты. С разработкой этого важнейшего компонента можно спроектировать систему сбора сточных вод для отделения концентрированных химикатов от умеренно загрязненных и слабо загрязненных промывных вод. После разделения в отдельные системы сбора потоки отходов химических процессов, которые когда-то считались, могут быть перепрофилированы или проданы как поток продуктов, а промывные воды могут быть утилизированы.
План управления водными ресурсами также потребует значительного объема данных проб и анализа для определения правильной сегрегации стоков, применения онлайн-аналитических измерений, контроля водозаборов и технологии окончательной очистки. Сбор этих образцов и проведение лабораторного анализа могут помочь охарактеризовать различные потоки отходов и определить потенциал их повторного использования. В случае технологической промывной воды UPW данные лабораторного анализа затем можно использовать для определения типичных и нетипичных уровней загрязнения, которые затем можно использовать для проектирования системы очистки промывной воды. Как правило, наиболее экономически эффективно спроектировать систему для очистки типичного уровня загрязнения, который может возникать в 80–90% случаев, а затем включить в него оперативные датчики и элементы управления для отвода промывочной воды в промышленные отходы или в некритические отходы. использование, например, в градирнях, когда уровень загрязнения превышает возможности системы очистки. Включив все эти аспекты плана управления водными ресурсами на предприятии по производству полупроводников, уровень использования воды можно снизить на целых 90%.
Транспорт
[ редактировать ]Нержавеющая сталь остается предпочтительным материалом для трубопроводов в фармацевтической промышленности. Из-за присутствия металлов в 1980-х годах большая часть стали была удалена из микроэлектронных систем UPW и заменена высокоэффективными полимерами поливинилиденфторида ( ПВДФ). [ 1 ] перфторалкокси (PFA), этиленхлортрифторэтилен (ECTFE) и политетрафторэтилен (PTFE) в США и Европе. В Азии популярны поливинилхлорид (ПВХ), хлорированный поливинилхлорид (ХПВХ) и полипропилен (ПП), а также высокоэффективные полимеры.
Методы соединения термопластов, используемых при транспортировке UPW
[ редактировать ]Термопласты можно соединять различными методами термосварки.
- Сварка в раструбе (SF) — это процесс, при котором внешний диаметр трубы «плотно прилегает» к внутреннему диаметру фитинга. И труба, и фитинг нагреваются на втулке (внешней и внутренней соответственно) в течение заданного периода времени. Затем труба запрессовывается в фитинг. После остывания свариваемые детали извлекают из зажима.
- Обычная стыковая сварка (CBF) — это процесс, при котором два соединяемых компонента имеют одинаковый внутренний и внешний диаметры. Концы нагреваются путем прижатия их к противоположным сторонам нагревательной пластины на заданный период времени. Затем эти два компонента соединяются. После остывания свариваемые детали извлекают из зажима.
- Без бортов и щелей (BCF), используется процесс соединения двух термопластических компонентов, имеющих одинаковый внутренний и внешний диаметры. Затем во внутреннее отверстие компонентов вводится надувной баллон и размещается на равном расстоянии между двумя компонентами. Головка нагревателя сжимает компоненты вместе, и баллон надувается. По истечении заданного периода времени головка нагревателя начинает остывать и мочевой пузырь сдувается. После полного остывания баллон снимается, а соединенные детали вынимаются из зажимной станции. Преимущество системы BCF заключается в отсутствии сварного шва, а это означает, что поверхность зоны сварки обычно такая же гладкая, как и внутренняя стенка трубы.
- Инфракрасная сварка (ИК) — это процесс, аналогичный CBF, за исключением того, что концы компонентов никогда не касаются нагревательной головки. Вместо этого энергия плавления термопластика передается лучистым теплом. IR существует в двух вариантах; используется расстояние перекрытия [ 41 ] при соединении двух компонентов вместе, в то время как другой использует давление. Использование перекрытия в первом случае уменьшает различия в размерах валиков, а это означает, что можно лучше поддерживать точные допуски на размеры, необходимые для промышленных установок.
Ссылки
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ Стадия очистки представляет собой набор этапов очистки и обычно представляет собой систему рециркуляции и распределения, непрерывно обрабатывающую и рециркулирующую очищенную воду для поддержания стабильного качества подаваемой воды высокой чистоты. Традиционно удельное сопротивление воды служит показателем уровня чистоты UPW. Деионизированная (ДИ) вода может иметь чистоту не менее одного миллиона Ом-сантиметров или одного МОм⋅см. Типичное качество UPW соответствует теоретическому максимуму удельного сопротивления воды (18,18 МОм⋅см при 25 °C). Таким образом, этот термин приобрел измеримые стандарты, которые дополнительно определяют как растущие потребности, так и передовые технологии производства сверхчистой воды.
- ^ Если проводимость в линии превышает значения, необходимы дополнительные испытания, прежде чем можно будет сделать вывод. Подробную информацию можно найти в соответствующей фармакопее.
- ^ Одна единица эндотоксина USP (ЕС) равна одной международной единице (МЕ) эндотоксина.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д Стандартное руководство ASTM D5127 для сверхчистой воды, используемой в электронной и полупроводниковой промышленности
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Руководство SEMI F63 для сверхчистой воды, используемой в производстве полупроводников
- ^ Миттлманн М.В. и Гизи Г.К., «Биологическое обрастание промышленных водных систем: подход к решению проблем», Water Micro Associates, 1987.
- ^ Либман С., «Использование числа Рейнольдса как критерия проектирования систем водоснабжения высокой чистоты», Ultrapure Water, октябрь 2006 г.
- ^ Перейти обратно: а б «УльтрачистыйМикро» . Архивировано из оригинала 16 декабря 2018 г. Проверено 12 декабря 2018 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Годовой отчет ITRS, издание за 2013 год» . Международная технологическая дорожная карта для полупроводников . Архивировано из оригинала 21 сентября 2014 года.
- ^ Перейти обратно: а б «Pdf — Полупроводниковые технологии от А до Я — Halbleiter.org» . www.halbleiter.org . Проверено 14 июня 2022 г.
- ^ «Роу Р.К., Шески П.Дж., Оуэн С.С. (ред.), Фармацевтические вспомогательные вещества. Фармацевтическая пресса и Американская ассоциация фармацевтов. Электронная версия (MedicinesComplete Browser version 3.0.2624.26119» . Текущая версия книги .
- ^ «Британская фармакопея (BP)» . Архивировано из оригинала 26 сентября 2014 г.
- ^ «Японская фармакопея (JP)» . Архивировано из оригинала 11 сентября 2014 года.
- ^ «Европейская фармакопея (Ph Eur)» .
- ^ «Фармакопея США (USP)» .
- ^ «Вода для инъекций». Европейская фармакопея (8-е изд.). Страсбург, Франция: Совет Европы. 2013. С. 3555–3558. ISBN 978-92-871-7531-1 .
- ^ «Монографии Фармакопеи США: Вода для инъекций». Фармакопея США и Национальный формуляр (USP-NF) (изд. USP38–NF33). Роквилл, Мэриленд, США: Фармакопейная конвенция США. Октябрь 2014. с. 5805.
- ^ Перейти обратно: а б «Горский И. Валидация систем очищенной воды с использованием подхода жизненного цикла», журнал UltraPure Water Journal, ноябрь/декабрь 2013 г.» . Архивировано из оригинала 17 сентября 2014 г.
- ^ «FDA/ICH, (CDER и CBER), Q8(R2) Фармацевтическая разработка, руководство для промышленности, ноябрь 2009 г.; Q9 Управление рисками качества, руководство для промышленности, июнь 2006 г.; Q10 Фармацевтическая система качества, руководство для промышленности, апрель 2009 г.» . Международная конференция по гармонизации .
- ^ «Стандартное руководство ASTM E2500-07 по спецификациям, проектированию и проверке фармацевтических и биофармацевтических производственных систем и оборудования» . Архивировано из оригинала 12 февраля 2014 года.
- ^ «Горский И., Подход к проверке водных систем на основе жизненного цикла, отделение PDA журнала NEXUS в Южной Калифорнии и связанное с ним студенческое отделение в Институте последипломного образования Кека, том I, выпуск 1, апрель 2014 г.» . Отделение Ассоциации парентеральных препаратов Южной Калифорнии .
- ^ «Руководство FDA по проверкам систем водоснабжения высокой чистоты, Системы водоснабжения высокой чистоты, 07/93)» . Управление по контролю за продуктами и лекарствами . Архивировано из оригинала 26 сентября 2012 года.
- ^ «Примечания EMEA CPMP/CVMP к рекомендациям по качеству воды для фармацевтического использования (Лондон, 2002 г.)» (PDF) .
- ^ «Монография Фармакопеи США <1231> Вода для фармацевтических целей» . Веб-сайт Фармакопейной конвенции США .
- ^ «Приложение ВОЗ 2: Надлежащая производственная практика: вода для фармацевтического использования» (PDF) . Архивировано из оригинала 7 апреля 2014 года.
- ^ «Схема сотрудничества фармацевтических инспекций Конвенции о фармацевтических инспекциях (PIC/S), PI 009-3, 25 сентября 2007 г., памятная записка, Инспекция коммунальных предприятий» (PDF) . Архивировано из оригинала 27 марта 2014 года.
- ^ ASTM D1125 Стандартные методы испытаний электропроводности и удельного сопротивления воды
- ^ ASTM D5391 Стандартный метод испытания электропроводности и удельного сопротивления проточной пробы воды высокой чистоты
- ^ ASTM D2791 Стандартный метод испытаний для онлайн-определения натрия в воде
- ^ ASTM D5462 Стандартный метод испытаний для оперативного измерения низкого уровня растворенного кислорода в воде
- ^ ASTM D7126 Стандартный метод испытаний для колориметрического измерения кремнезема в режиме онлайн.
- ^ ASTM D5544 Стандартный метод оперативного измерения остатка после испарения воды высокой чистоты.
- ^ ASTM D5997-96 Стандартный метод испытаний для оперативного мониторинга общего углерода, неорганического углерода в воде с помощью ультрафиолета, персульфатного окисления и определения проводимости мембраны.
- ^ Ли, Альберт; Ян, Винсент; Сюй, Джонс; Ву, Ева; Ши, Ронан. «Ультраследовое измерение кальция в сверхчистой воде с использованием трехквадрупольного ИСП-МС Agilent 8800». Аджилент Технологии.
{{cite web}}
: Отсутствует или пусто|url=
( помощь ) - ^ ASTM D4517 Стандартный метод определения низкого содержания общего кремнезема в воде высокой чистоты методом беспламенной атомно-абсорбционной спектроскопии
- ^ ASTM D859 Стандартный метод испытаний кремнезема в воде
- ^ Хубер С.А., Бальц А., Аберт М. и Пронк В. (2011) Характеристика водных гуминовых и негуминовых веществ с помощью эксклюзионной хроматографии - обнаружение органического углерода - обнаружение органического азота (LC-OCD-OND). Исследования воды 4 5 (2 011) 879-885.
- ^ Хубер, Стефан; Либман, Слава (май – июнь 2014 г.). «Часть 1: Обзор LC-OCD: органическое видообразование для решения критических аналитических задач полупроводниковой промышленности». Журнал сверхчистой воды . 31 (3): 10–16.
- ^ ASTM F1094 Стандартные методы испытаний для микробиологического мониторинга воды, используемой для обработки электронных и микроэлектронных устройств, с помощью крана для отбора проб с прямым давлением и методом предварительно стерилизованных пластиковых пакетов.
- ^ «Экономия энергии, воды и денег с помощью эффективных технологий очистки воды» (PDF) . Федеральная программа энергетического менеджмента.
- ^ «Высокоэффективная технология обратного осмоса (HERO)» . Акватех Интернешнл. 9 апреля 2014 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Дей, Авиджит; Томас, Гарет (2003). Подготовка воды для электроники . Литтлтон, Колорадо: ISBN Tall Oaks Pub, Inc. 0-927188-10-4 .
- ^ «Система Vanox POU для систем очистки сверхчистой воды в точках использования» (PDF) . Эвоква Водные Технологии . Архивировано из оригинала (PDF) 26 октября 2014 г.
- ^ Сиксмит Т., Вермелингер Дж., Уильямсон С. и Беркхарт М., «Преимущества инфракрасной сварки полиэтиленовых труб для промышленного применения», представленные на XV конференции по пластиковым трубам, Ванкувер, Канада, 20–22 сентября 2010 г.