因此，超纯水中溶解气体的控制至关重要。超纯水生产有多道工序来逐级控制各种污染物，一般分为第一阶段，预处理，主要包括多介质、活性炭、软化、超滤、两级RO、阴阳床、脱碳塔/膜接触器、各级加药等工序；第二阶段，生产段，主要包括连续电脱盐EDI、阴阳床、再生混合床、UV、第一阶段脱氧等工序；第三阶段，抛光段，主要包括TOC-UV、抛光混合床、终端超滤/终端滤芯、二次脱氧等工序；典型工艺流程如图1所示；图1，典型的超纯水工艺流程和3M过滤分离液对溶解气体的控制，也贯穿超纯水生产的整个工艺流程，包括预处理阶段二氧化碳的去除；去除制造阶段的二氧化碳和溶解氧；抛光段溶解氧的去除和抛光段溶解气体的添加综上所述，超纯水中溶解气体的控制主要有以下几个应用点，第一，超纯水脱氧；第二，超纯水脱氧；第三， 超纯水曝气-功能水应用；23MLiqui-Cel膜接触器产品介绍3MLiqui-Cel膜接触器产品已广泛应用于各Fab工厂的超纯水溶气控制应用，已有40多年的成功应用历史，其稳定的性能和超长的寿命赢得了业主和合作伙伴的一致认可。
关于Liqui-Cel膜接触器产品，下面我就给大家简单介绍一下，Liqui-Cel膜接触器采用疏水性聚丙烯材料打造，水不会弄湿膜壁。
特殊的干拔膜孔平均孔径30nm，这样只有气体可以自由通过膜孔，而水不会通过。膜孔的扫描电子显微镜图如图2所示。图2、疏水膜和膜孔电子显微镜图Liqui-Cel膜丝是一种外径为300um的中空纤维。它具有超高的包封率，从而产生超大的气液接触界面和传质效率。
超细膜丝能够很好地承受压力，不会被外部过大的水压压碎。图3，中空纤维膜丝和机织Liqui-Cel膜丝通过编织行程膜垫布置，以确保纤维外部的液体能够与膜丝充分接触，减少旁路。
编织结构还可以产生局部湍流，提高传质效率，精确的编织也确保了产品一致性（编织图像）Liqui-Cel膜组件是由膜垫缠绕和塑料密封到膜壳中形成的。中间部分由特殊的挡板设计，以确保水流入膜壳以迫使径向垂直纤维流动，而不是平行于纤维流动。这种结构设计最大限度地提高了气体传质。
图4，Liqui-Cel膜组件Liqui-Cel膜接触器控制溶解气体的原理在于亨利定律，即通过控制与液体接触的气相的分压来控制液体中的溶解气体，可以通过扫惰性气体或抽真空来去除气体，降低分压，也可以增加分压来添加气体，也可以控制一定的分压来调节液体中的溶解气体。
Liqui-Cel膜接触器通过中空纤维膜壁上的孔提供巨大的气液两相接触界面，从而最大限度地实现气体传质图4，亨利定律分析经过几十年的发展，Liqui-Cel已经形成了全系列的产品线，可针对不同的流量、不同的应用、不同的行业、不同的规格要求进行选择。
图5，Liqui-Cel全系列产品线3MLiqui-Cel膜接触器针对不同的应用，有多种工作模式，单吹扫模式、单真空模式、组合Combo模式和鼓风模式。使用最多的是Combo组合模式，即一边吹扫惰性气体，另一边抽真空。图6，Liqui-Cel膜接触器各工作模式的PID图典型Combo组合模式如图7所示：图7，Liqui-Cel膜接触器典型Combo组合模式PID流程图欢迎扫码咨询3M过滤分离解决方案！33MLiqui-Cel膜接触器用于实现特定的超纯水溶解气体控制。介绍完Liqui-Cel膜接触器产品后，我将从超纯水脱氧、脱除二氧化碳、溶解气体添加三个应用，详细介绍Liqui-Cel膜接触器是如何应用于这些应用的。
超纯水脱氧溶解氧对于半导体制造工艺至关重要。超纯水中的溶解氧会直接导致硅片的热氧化、铜互连的氧化腐蚀等，直接导致良率下降以及设备和工艺问题。不同线宽的集成电路对超纯水中溶解氧的指标不同。如表1所示，通常40nm以下的工艺要求溶解氧指标在1ppb以下，甚至大多数12英寸Fab工厂甚至一些8英寸Fab都将溶解氧的要求提高到1ppb以下。
溶解氧控制在半导体超纯水生产过程中有两个主要位置。如图1所示，一个是在制造部分，以去除超纯水中的大部分溶解氧。它通常安装在混合床或EDI之后，在纯水箱之前，将水中的溶解氧从饱和溶解氧降低到30ppb以下，甚至低于10ppb。它也可以安装在EDI之前，以去除二氧化碳，同时去除溶解氧。由于这个脱氧位置去除了大部分溶解氧，所以它也被称为第一阶段脱氧或主脱氧。
第二个脱氧位置在抛光段，用于将剩余的极少量溶解氧降低到规格以下，通常在3ppb或1ppb以下，并保持抛光段循环水的超低氧运行，始终满足POU水点要求。这个位置称为二次脱氧。由于抛光段对纯度要求很高，因此该阶段脱氧设备的所有接收材料都需要同时满足高纯度要求。二次脱氧通常安装在抛光混合床之后，也有安装在抛光混合床之前和TOC-UV之后的位置。当安装在TOC-UV之后时，避免TOC-UV的羟基氧化物过多Liqui-Cel薄膜接触器。
第一级脱氧通常需要95%以上的脱氧效率，因此串联一个多级膜组，通常为三级，采用高纯氮气吹扫和真空组合方式，最大限度地提高脱氧效率。
这种脱氧水平最常用的膜组件规格是14x28或14x40。单个14x28膜的最大流速为90立方米。
二段脱氧由于纯度要求高，通常选用10x28，玻璃钢内衬PVDF膜壳，如图8所示。图8，抛光段Liqui-Cel10x28脱氧系统现场图片超纯水去除二氧化碳去除二氧化碳多用于水中含有过多二氧化碳或高碱度的场合。二氧化碳通常以游离二氧化碳或碳酸氢盐的形式存在，会增加阴离子交换树脂的工作负荷，会造成EDI出水阻力不稳定，降低硅和硼的去除率。因此，在阴离子床或混合床之前去除二氧化碳，可以将使用周期延长至少2倍，降低再生频率及其相关化学物质和用水量。
EDI对进水中游离二氧化碳的浓度有限制，只是为了减少二氧化碳对EDI出水和运行的影响。通常游离二氧化碳的浓度要求在5ppm以下，一些客户提出了更高的要求，二氧化碳去除在1ppm以下。Liqui-Cel膜接触器有多个去除二氧化碳的安装位置，如图1所示，可以安装在预处理阶段，如直接在第一级和第二级反渗透膜之间，用来代替氢氧化钠的添加。对于一些高碱度的水质，第一级RO+Liqui-Cel+EDI可以很好地替代两级RO+EDI工艺，降低了系统投资成本和运行能耗。
Liqui-Cel膜接触器还可以代替脱碳塔在阴阳床之间使用，或者在混合床之前和EDI之前使用。与加碱和脱碳塔工艺相比，Liqui-Cel脱碳的优势总结如表2所示：表2。与传统的加药和脱碳塔相比，Liqui-Cel膜接触器脱碳系统建设也有多种模式可供选择，可以通过吹扫压缩空气或吹扫空气+真空组合模式来实现更高效率的脱碳。超纯水除了去除气体外，为了满足某些半导体机器的要求，还需要在超纯水中添加氮气、氢气、二氧化碳气体等气体，以满足机器的特定功能，如添加氢气或氮气来提高一些超声波机器对一些纳米级颗粒的清洗效率，添加二氧化碳来提高超纯水的电导率，有利于提高CMP后的清洗效率，或者添加二氧化碳来改变水的pH值等。因此，这些充气的超纯水也被称为功能水。
加氮功能水是半导体工艺中常用的功能水，通常二次脱氧后，超纯水中溶解氧小于1ppb，溶氮小于3ppm，机器要求溶氮达到7ppm甚至更高达到饱和溶氮甚至过饱和溶氮，二次脱氧后只需加一次Liqui-Cel膜接触器就可以简单地对溶氮进行充气。
加氮功能水可以很好地配合超声波工艺，产生小气穴，提高一些纳米级颗粒的去除率。具体的加气系统可以通过两种方式进行配置，一是通过质量流量计控制添加量，二是通过控制氮气压力来控制添加量。对于不饱和浓度的溶解态氮，通常通过真空泵和氮源来控制氮气侧压，以达到所需的浓度。具体的PID图如下：图9，加氮功能水的典型工作流程。3MLiqui-Cel膜接触器除了广泛应用于半导体超纯水工艺外，还用于半导体中其他需要控制溶解气体的流体，如用于镀铜机电镀液去除气泡，也可用于半导体厂高氨氮废水处理，去除水中的氨氮。更多内容将在后续为您揭晓。
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