超纯水市场和技术

 2007年06月06日　　　　

在半导体工业中，超纯水被用在晶圆的清洁和蚀刻上。尤其是晶圆残渣，它是造成晶圆工厂中超纯水大量消耗的主要原因。在制药工业中，高纯度的水可以做为产品的成分之一，也可以在生产加工中使用。洁净室洗烫业尽管只占整个超纯水市场的一小部分份额，但是在洁净室市场中，他们却是超纯水的一个主要用户。其他对超纯水有使用要求的工业领域包括液晶显示器、生物技术以及实验室业务。

图1 超纯水世界市场在工
业领域中的分布（2007）

超纯水是将市政用水在现场提纯，减少其中的污染物浓度，例如，溶解固体和离子，特别是导致水质过硬的成分，如钙和镁等。
一个典型的200mm晶片厂每个月生产近40,000个晶片，每天需要2-3百万加仑水，其中百分之七十的水用来生产超净高纯水（UHPW），这也是晶圆清洁处理的一部分。这些水大部分都被循环再利用，或是回收后用于工厂的其他领域。大约百分之二十的水用做其他非超净高纯水的用途，例如用于冷却塔和热交换器。剩下百分之十的水用在工厂中与加工过程无关的部分，例如，草地、盥洗室和洒水系统。
制药业使用的注射用水（WFI）是经过进一步提纯的，用于医学产品和制药洁净室的清洗（CIP）。WFI水是通过蒸馏或反渗透得到的。
洁净室洗烫业开发出了许多不同的衣服清洁方法，用来处理被人体的油污、污垢、棉绒以及化学着色污染的衣服，只留下非常少的表面残留物。这些开发大多数都是有专利的，尤其是水（或溶剂）抛光、洗涤用的化学药品和配方。其它的进步是由于洗烫环境发展到了现代洁净室水平而出现的。穿整套洁净外套的工人、经HEPA过滤的房间和干燥的空气、不易脱落的房间和工作表面、隔离式洗衣机（BARRIER WASHER）、封袋机以及在处理和传输过程中对衣服的保护，都对洁净室服装的质量产生影响。洁净室洗烫最基本的要求是，他们的清洁设备要和使用服装的洁净室的清洁设备一样好或是更好。这就必须使用高纯度的水。
典型的半导体工业超纯水系统包括反渗透、离子交换、控制仪器、除气设备、过滤设备、水泵、阀门、储存、管路和消毒。超纯水系统的每个组成部分都一直保持高度的纯洁是至关重要的。
christ公司是超纯水系统的供应商。U.S. Filter公司提供中央系统、预处理和使用点（point-of-use）的超纯水精处理系统。GE Water公司提供EDI（electrodeionization）系统，该系统不仅仅能够除去残留的盐渍，同时还能够离子化水中的某些元素，如二氧化碳、硅、氨和硼。Kurita公司提供的系统利用了反渗透、超滤作用以及离子交换技术。

图2 超纯水世界市场根据地
理位置的分布（2007年）

反渗透（RO）使用最广泛的交叉流技术，在所有的膜处理中显示出了过滤的最高水准。在RO中，一个比普通渗透压力要大得多的压力，使得流动水通过一个半透膜从含盐浓度较高的区域流向一个浓度比较低的区域（在常规渗透压力作用下，水会从浓度低的一边流向浓度高的一边。）RO常常用来供水，几乎可以完全避免将固体、盐、有机体和胶体带到后续的抛光处理过程（如离子交换）中。
在作为离子交换系统的预处理时，反渗透会带来较大的影响，例如，会大大减少用于使离子交换树脂再生的化学制品，最终降低树脂的消耗。通过结合子交换和反渗透系统来生产水，比单独使用任何一个系统来生产水要好很多。
Dow公司是超纯水处理中使用的反渗透膜的大型供应商。另外，其他的膜供应商还包括Nitto Denko和Toray。韩国的Saehan公司在膜市场也占有一定的市场份额。包括GE Water在内的设备供应商，也分享了Ionics和Osmonics所领导的市场。Privately held Koch、Pall和Millipore也都分享了该市场。
离子交换树脂用来除去高纯水中的矿物质和重金属污染物。当矿物质在水中溶解时，就会形成被称为离子的带电颗粒。一定的自然和人造原料能够从水中以交换其他物质的方法除去矿物离子。Sybron Chemicals有限公司（一家LANXESS Company）为超纯水市场提供离子交换树脂。Dow公司也是离子交换树脂的制造商之一。
对于超纯水系统来说，管道材料的选择是影响其性能的关键，因为管道系统是污染的来源之一。管道材料的腐蚀、生物膜和其他的有机物都是超纯水存储和输送系统中普遍存在的问题。Georg Fischer公司是半导体工业的供应商之一，它的扩张领域包括了TFT/LCD显示器领域和太阳能工业。Harvel Plastics公司生产PVC化合物管道，在超纯水环境中使用时，它的独特配方能够减少可滤污染物。Saint-Gobain公司也提供高纯度管道材料。
维持整个高纯度链需要在超纯水系统中对水泵和阀门进行设计。阀门的供应商包括Georg Fischer公司和 Burkert Fluid Control公司。Saint Gobain公司和 Teqcom Industries公司也是阀门的供应商，而后者同样也是泵市场的参与者之一。其他的高纯泵市场的参与者还包括Grundfos公司、Pentair公司以及ITT公司。
仪器和控制器是需要超纯水用户投资的主要部分。现在的趋势是朝着对纯水系统的关键项目进行连续监测的方面发展。除了微粒以外，常见的测量项还有pH值、流速、电阻系数、导电率、温度、压力以及总有机碳（TOC）等污染物。导电率、电阻系数和pH值的测量通常在预处理系统中进行。而TOC监测器则通常会有很多。压力需要在不同的位置进行监测，包括那些与关键元件相邻的部分也要进行检测，例如泵和热交换器。
Mettler Toledo公司为超纯水系统提供仪器。Swan Analytical Instruments公司和 Analytical Technology公司也都是仪器供应商。Emerson公司和Hach公司同样也是仪器市场的占有者。
最大的超纯水使用者是半导体业，而使用量增长最快的部分则是液晶显示器业。制药业对超纯水的购买需求持续呈稳定的增长，2009年，超纯水系统在全球范围制药业中的销售将超过3亿美元。在此期间，生物技术的发展远远超过制药UPW市场的发展。2007年世界市场在这三大行业中的分布见图1。

图3 超纯水市场增长（2007-2010年）

2007年的最大市场将是亚洲。SEMI的最新研究显示，根据近期对中国主要的半导体制造商的调查来看，2006年至2008年，预期中国半导体工厂资本支出将超过98亿美元，大于从2001年到2005年这五年中的总资本支出87亿美元。在未来的三年间，工厂原料的消耗将是一个稳定增长的项目。由于在2006年始建的300mm生产厂大部分将在2007年建成，因此，2007年工厂原料的消耗可能比2006年增长58%。
图2显示了2007年根据地理位置划分的超纯水市场的分布情况。这个详细分类包括超纯水在电力工业中的应用，尽管电力工业中不需要使用到洁净室。
整个超纯水市场将在2007年的水平上增长28％，到2010年大约达到50亿美元，如图3所示。其中包括了电力工业。 (本