12 英寸晶圆厂超纯水制备系统电气智能化升级改造项目

12 英寸晶圆厂超纯水站设计产水 220m³/h，出水电阻率≥18.2MΩ・cm，用于晶圆清洗、CMP 工艺，工艺包含多介质过滤、活性炭、双级反渗透、EDI、抛光混床、终端精密过滤。半导体芯片制造对于超纯水水质极其严苛，TOC、颗粒、金属离子微小波动，就会直接造成晶圆良率下降。原有超纯水站控制系统建设较早，各单元分散控制；反渗透、EDI 清洗再生采用固定时间程序，不结合压差、水质实际状态；部分关键在线监测仪表老化，颗粒、TOC 监测点位不足；药剂投加依靠人工手动设置。缺少完善故障联锁，曾经出现进水异常情况下膜系统持续运行，造成膜与抛光树脂损耗加快。系统没有完整接入晶圆厂厂务 FMCS 系统，厂务调度无法实时掌握超纯水工况；运行数据依靠人工整理，水质异常发生之后缺少完整过程数据复盘。晶圆厂不间断生产，超纯水不能中断，企业需要完成电气智能化改造，实现全流程智能闭环控制，提前预判膜、树脂性能衰减，稳定超纯水水质，对接厂务系统，保障芯片生产用水安全。

利旧全部过滤罐体、反渗透膜、EDI、抛光混床设备本体，升级高洁净环境适配冗余 PLC 控制系统，配套双路 UPS 冗余供电。补齐电阻率、TOC、颗粒计数、SDI、浊度、压差、流量全套高精度在线仪表；优化整套控制逻辑：预处理过滤器压差‑时间双重自动反洗；反渗透高压泵软启动，进水水质不合格自动联锁旁路保护；EDI 根据产水水质动态调整运行参数；抛光混床依据水质失效指标触发切换，摒弃固定时间切换；阻垢剂、还原剂闭环自动投加。产水泵根据超纯水罐液位变频调节输出。搭建超纯水站本地监控平台，完整还原超纯水全工艺流程，高频采集存储全部水质、压差历史数据，建立膜元件、树脂性能衰减预判逻辑，提前推送维护提醒；通过隔离接口对接晶圆厂厂务 FMCS 系统，厂务平台可以监视、读取超纯水系统全部数据。设置水质超标、设备故障多级声光告警推送。项目利用工厂短暂维护窗口分模块割接调试，全程保障超纯水不间断供给，所有控制元器件满足半导体洁净车间使用规范。

改造完成，超纯水制备系统实现全流程智能化闭环运行，系统可以根据压差、水质状态触发清洗、树脂切换，由固定周期维护升级为预测性维护；膜元件、抛光树脂消耗衰减得到预判，提前推送维护提示，延长耗材使用寿命，降低耗材成本。进水水质异常自动旁路保护，避免贵重膜、树脂被污染损伤；药剂精准自动投加，减少化学药剂消耗。超纯水各项指标持续稳定达到半导体 12 英寸晶圆用水标准，降低水质波动带来晶圆良率损失风险。整套系统完整接入厂务 FMCS，厂务调度中心实时掌握超纯水全部工况；高频完整保存全部水质历史数据，出现芯片品质问题可以回溯供水全过程，满足半导体工厂品质溯源要求。故障、水质异常多级预警，降低非计划停机风险，为晶圆芯片生产提供高可靠超纯水保障，是半导体超纯水智能化改造标杆案例。