Ionenaustauscherharze für die Halbleiter- und Photovoltaikindustrie
Spezielle Ionenaustauscherharze aus dem Sortiment Lewatit® UltraPure (UP) tragen entscheidend dazu bei, hochreines Wasser zuverlässig und effizient zu erzeugen. Dazu zählen sowohl Einzelharze als auch Arbeitsmischbetten und Endpolisher. Sie alle zeichnen sich durch eine besonders geringe Freisetzung von organischen Bestandteilen aus, tragen also nur wenig zur Erhöhung der TOC-Konzentration im Prozessverlauf bei (niedriges ΔTOC, total organic carbon). Außerdem ist auch der Eintrag von Metallen und Partikeln bis hinab in den Nanometerbereich auf ein Minimum reduziert.
Zur Erzeugung von UPW wird Frischwasser oder aus dem Prozess zurückgeführtes Wasser zunächst demineralisiert. Daran schließt sich eine Feinreinigung an, um die geforderten, extrem niedrigen Leitfähigkeiten erreichen zu können. Wasser höchster Reinheit wird nach dem Endpolishing mit speziellen Ionenaustauschern erhalten. Wenn erforderlich, wird der Partikelgehalt des Wassers zusätzlich durch Filtrationsschritte vermindert.
Ergänzend zu Filtrationsschritten ermöglichen es spezielle Ionenaustauscher, die Bildung von Partikeln durch Harzerosion im Zuge der UPW-Herstellung von vorne herein zu vermeiden. Dazu wird das aggressive Wasserstoffperoxid aus dem Wasser entfernt.
Unsere Auslegungssoftware LewaPlus® ist in der Lage, verschiedene Kombinationen von Ionenaustauscherharzen und Austauschstufen maßgeschneidert abzubilden und hinsichtlich ihrer Eigenschaften zu analysieren. Damit erhält der Anwender ein Höchstmaß an Sicherheit, die optimale Aufbereitungslösung für das jeweilige Speisewasser und die jeweils benötigte Prozesswasserqualität zu erhalten.
Zur Beseitigung von Wasserstoffperoxid, das sich im Verlauf der UPW-Herstellung bei der TOC-Entfernung durch UV-Bestrahlung des Wassers in photochemisch induzierten Radikalprozessen bildet, eignet sich ein spezieller, mit Palladium dotierter Ionenaustauscher. Lewatit® K7333 ist in der Lage, Wasserstoffperoxid katalytisch zu zersetzen, wobei Wasser und Sauerstoff gebildet werden.
Auf diese Weise kann einer Erosion der Polymerstruktur des Endpolishing-Ionenaustauschers vorgebeugt werden, der im abschließenden Reinigungsschritt verwendet wird. Damit wird eine mögliche Quelle von kleinsten Partikeln zuverlässig eliminiert.
Das Arbeitsmischbett nimmt bei der UPW-Erzeugung diejenigen Ionen auf, die nach der Demineralisierung während der Voreinigung noch im Wasser verblieben sind. Dazu zählen vor allem komplexe Anionen mit relativ schwacher Bindungstendenz, etwa Silikat, Borat und Hydrogencarbonat.
Da diese Arbeitsmischbetten noch signifikante Mengen an Salzen aufnehmen, ist eine Regeneration der Harzkomponenten ökonomisch sinnvoll.
Das so genannte Endpolishing ist der finale Reinigungsschritt für UPW, das höchste Reinheitsanforderungen erfüllen muss, wie sie etwa bei der Produktion von hoch integrierten Mikroprozessoren gestellt werden. Spuren von Ionen im ppb- und sogar im ppt-Bereich, die das Arbeitsmischbett noch im Reinstwasser zurückgelassen hat, werden dabei in einem hochreinen Endpolisher-Mischbett entfernt.
Auf diese Weise gelingt es zuverlässig, die Spezifikationen für elektrischen Widerstand, Restgehalte speziell von Metallionen, Silikat und Borat sowie die Partikelzahlgrenzen einzuhalten, die für eine reibungslose, effiziente Produktion hochwertiger Halbleiterbauelemente erforderlich sind.
Entsprechend der vielfältigen Verunreinigungen, die im Zuge der Produktion von Halbleiterbauelementen oder Solarzellmodulen ins Wasser gelangen, wird die Abwasserbehandlung individuell an die jeweiligen Verunreinigungen angepasst. Beim Einsatz von Ätzverfahren gehört dazu etwa die Aufbereitung der sauren Abwässer, speziell die Entfernung von Fluorid. Beim chemisch-mechanischen Polieren von Wafern werden kupferhaltige Schleifmittel verwendet, sodass für Wasserorganismen gefährliches Kupfer auch ins Abwasser gelangt.
Abwässer der Solarzell-Produktion können umweltschädliche Verbindungen von z. B. Antimon, Blei, Cadmium, Selen oder Tellur enthalten. Ionenaustausch an selektiven Austauscherharzen ist ein bewährtes und effizientes Verfahren, um selbst Spuren solcher Verunreinigungen zuverlässig aus dem Wasser zu entfernen und so eine Gefährdung von Mensch und Umwelt zu vermeiden.
