半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是電子信息產(chǎn)業(yè)的核心基石，其制程迭代速度遵循“摩爾定律”，當(dāng)前主流工藝已進(jìn)入5nm量產(chǎn)階段，3nm技術(shù)逐步落地。在先進(jìn)制程中，晶圓表面的微小污染物（如金屬離子、有機(jī)雜質(zhì)、微粒）會導(dǎo)致光刻圖形畸變、器件漏電、介電層擊穿等致命缺陷，直接影響芯片良率與可靠性。超純水作為半導(dǎo)體制造中唯一直接接觸晶圓表面的“通用溶劑”，其純度控制已成為制程突破的關(guān)鍵瓶頸之一。

傳統(tǒng)超純水制備技術(shù)多依賴“預(yù)處理+反滲透（RO）+離子交換（IE）+終端過濾”工藝，存在離子交換樹脂再生頻繁、TOC去除不徹底、能耗高、運(yùn)維復(fù)雜等問題，難以適配先進(jìn)制程對水質(zhì)穩(wěn)定性與低能耗的雙重需求。博清生物基于“膜分離-電去離子（EDI）-高級氧化”集成技術(shù)，開發(fā)了超純水機(jī)，通過優(yōu)化預(yù)處理單元、采用抗污染RO膜與高效EDI膜堆、引入紫外（UV）高級氧化TOC去除模塊，實(shí)現(xiàn)超純水的高效制備與穩(wěn)定供應(yīng)。

一、半導(dǎo)體制造對超純水的核心需求

半導(dǎo)體制造流程涵蓋晶圓制備、光刻、蝕刻、CMP、薄膜沉積、封裝測試等數(shù)十個環(huán)節(jié)，不同環(huán)節(jié)對超純水的水質(zhì)要求存在差異化，但核心指標(biāo)均需符合SEMI（國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會）制定的超純水標(biāo)準(zhǔn)。

（一）關(guān)鍵水質(zhì)指標(biāo)要求

1、電阻率：反映水中離子含量，半導(dǎo)體制造要求超純水電阻率達(dá)到理論最大值 18.25MΩ?cm（25℃），避免離子殘留導(dǎo)致器件漏電；

2、總有機(jī)碳（TOC）：有機(jī)雜質(zhì)會在光刻過程中與光刻膠反應(yīng)，形成難以去除的殘留物，因此要求TOC≤10ppb；

3、微粒：粒徑≥0.1μm的微粒會附著于晶圓表面，導(dǎo)致光刻圖形缺陷，要求每毫升超純水中微粒數(shù)量≤1個；

4、金屬離子：Na?、K?、Fe3?、Cu2?等金屬離子會擴(kuò)散至半導(dǎo)體晶格，改變器件電學(xué)性能，要求濃度≤0.1ppt。

（二）典型工藝環(huán)節(jié)的差異化需求

1、晶圓清洗環(huán)節(jié)：需超純水具備強(qiáng)潔凈能力，且無二次污染，要求TOC≤10ppb，避免清洗后晶圓表面殘留雜質(zhì)；

2、化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）環(huán)節(jié)：超純水用于稀釋拋光液與沖洗拋光殘留物，需穩(wěn)定的電阻率（18.25MΩ?cm）與低金屬離子含量，防止拋光液組分失效；

3、薄膜沉積環(huán)節(jié)：超純水用于清洗沉積腔體，要求 TOC≤10ppb，避免有機(jī)雜質(zhì)影響薄膜純度與附著力。

二、超純水機(jī)的技術(shù)體系與創(chuàng)新點(diǎn)

博清生物超純水機(jī)采用“預(yù)處理-核心凈化-終端精制-智能控制”四級工藝架構(gòu)，針對半導(dǎo)體制造的水質(zhì)需求進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，其核心技術(shù)體系如下：

（一）預(yù)處理系統(tǒng)：保障核心單元穩(wěn)定運(yùn)行

預(yù)處理單元采用“多介質(zhì)過濾+活性炭吸附+精密過濾”三級設(shè)計：

1、多介質(zhì)過濾：以石英砂、無煙煤為濾料，去除進(jìn)水中的懸浮物、膠體顆粒，降低濁度至≤0.1NTU，避免后續(xù)RO膜堵塞；

2、活性炭吸附：采用柱狀顆粒活性炭，吸附水中余氯、部分有機(jī)物，防止RO膜被氯氧化降解；

3、精密過濾：采用聚丙烯濾芯，截留殘余微粒，確保進(jìn)入RO單元的進(jìn)水濁度≤0.05NTU。

（二）核心凈化單元：實(shí)現(xiàn)高純度水質(zhì)制備

核心凈化單元整合“反滲透（RO）+電去離子（EDI）+紫外高級氧化（UV-TOC）”技術(shù)，是超純水純度提升的關(guān)鍵：

1、反滲透（RO）模塊：采用抗污染型芳香族聚酰胺復(fù)合膜，操作壓力0.6-0.8MPa，水溫25℃條件下，脫鹽率≥99.8%，TOC去除率≥80%，將進(jìn)水電阻率從0.1MΩ?cm 提升至5-10MΩ?cm；

2、電去離子（EDI）模塊：采用均相離子交換膜堆，通過電場作用實(shí)現(xiàn)離子的連續(xù)去除，無需樹脂再生，電阻率提升至15-18MΩ?cm，金屬離子去除率≥99.99%；

3、紫外高級氧化（UV-TOC）模塊：采用 185nm/254nm雙波長紫外燈，185nm紫外線產(chǎn)生羥基自由基，氧化分解水中有機(jī)污染物，TOC去除率≥95%，將TOC降至0.5ppb以下。

（三）終端精制系統(tǒng)：保障水質(zhì)無二次污染

終端精制單元采用“超濾（UF）+混床離子交換樹脂”設(shè)計：

1、超濾模塊：采用聚醚砜（PES）中空纖維膜，孔徑0.02μm，截留水中微粒與細(xì)菌，去除率≥99.9%；

2、混床離子交換樹脂：采用核級均粒樹脂，進(jìn)一步去除殘余離子，確保電阻率穩(wěn)定達(dá)到18.2MΩ?cm。

（四）智能控制與監(jiān)測系統(tǒng)

設(shè)備搭載PLC控制系統(tǒng)與觸摸屏，具備以下功能：

1、實(shí)時監(jiān)測：在線監(jiān)測電阻率、TOC、流量、壓力、水溫等關(guān)鍵參數(shù)，數(shù)據(jù)采樣頻率1次/秒，超標(biāo)時自動報警；

2、智能調(diào)節(jié)：根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)波動自動調(diào)整RO運(yùn)行壓力、EDI電流、UV燈功率，保障水質(zhì)穩(wěn)定；

3、運(yùn)維管理：記錄設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，支持遠(yuǎn)程運(yùn)維，提示濾芯更換、UV燈壽命等維護(hù)節(jié)點(diǎn)。

三、技術(shù)優(yōu)勢分析

與傳統(tǒng)超純水設(shè)備相比，博清生物超純水機(jī)的核心優(yōu)勢體現(xiàn)在三方面：

（一）水質(zhì)穩(wěn)定性：通過“RO+EDI+UV-TOC”集成技術(shù)，避免離子交換樹脂再生導(dǎo)致的水質(zhì)波動，實(shí)現(xiàn)電阻率與TOC的長期穩(wěn)定；

（二）低能耗與環(huán)保：EDI模塊無需酸堿再生，減少化學(xué)試劑消耗與廢水排放；抗污染 RO 膜降低運(yùn)行壓力，單位產(chǎn)水能耗顯著低于傳統(tǒng)設(shè)備；

（三）智能運(yùn)維：在線監(jiān)測與遠(yuǎn)程運(yùn)維功能減少人工干預(yù)，降低半導(dǎo)體制造中的人為誤差風(fēng)險。

四、應(yīng)用局限性與改進(jìn)方向

當(dāng)前設(shè)備在3nm及以下更先進(jìn)制程中的應(yīng)用仍需優(yōu)化：

TOC 控制：3nm制程要求TOC≤0.2ppb，需進(jìn)一步提升UV-TOC模塊的氧化效率，可考慮引入臭氧協(xié)同氧化技術(shù)；

微粒控制：需開發(fā)孔徑更小（0.01μm）的超濾膜，滿足≤0.05μm微粒的去除需求。

未來可通過優(yōu)化TOC與微粒去除模塊，進(jìn)一步適配3nm及以下制程的需求，為電子行業(yè)半導(dǎo)體制造的技術(shù)突破提供關(guān)鍵支撐。