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超纯水设备在半导体芯片制程中的作用
时间:2022-03-11 作者:
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芯片制造对水质的要求是极其苛刻的,尤其是越高端的芯片,对水质的要求就更高。对于大众来说,平时接触的自来水(饮用水)的浑浊度小于1NTU(根据现行《生活饮用水卫生标准》GB 5749-2006)。这样的自来水在肉眼看来,就已经非常干净了。但是,这在电子行业,尤其是高端芯片制造领域,还差得很远很远。。。。。。在芯片人看来,自来水里面杂质多到什么程度?就好比是一锅粥!所以,芯片行业需要对生产用水进行苛刻的纯化处理。



水纯化第一层次——去离子水(DIW,Deionized Water):采用物理、化学方法,去除溶于水中的电解质,获得电阻率在0.1~10 MΩ·cm的水(真正纯净的水可被视为绝缘体,生活中的水导电,是因为其中有杂质)。这个过程去除了水中的电解质,但溶于水中的非电解质(如有机物、微生物、颗粒物、溶解性气体等)大部分未被去除。


水纯化第二层次——纯水(PW,Pure Water): 采用物理、化学方法,去除了水中的几乎全部电解质与非电解质,且水中阳离子和阴离子、有机物、颗粒物、微生物等含量受到一定控制。此时,纯水的电阻率在10~18.2 MΩ·cm(25℃),可以被视其为绝缘体了。


水纯化第三层次——超纯水(UPW,Ultra Pure Water):如果将水中阳离子、阴离子、有机物、颗粒物、微生物都进行严格控制,这还不算完,再对水中溶解气体进行严格控制,此时水的电阻率达到18.2 MΩ·cm(25℃)以上(接近理论值18.25MΩ·cm,25℃时)。不幸的是,现在的高端芯片制造,正需要这个最高级的超纯水。估计有人会纳闷,芯片生产干嘛要对水质提出这么苛刻的条件呢?

纯水中的杂质,对芯片产品有哪些影响?

TOC(可通俗理解为所有能燃烧的杂质):影响光刻精度,影响芯片质量。

DO(溶解在水中的氧气):滋生细菌,形成氧化层,影响芯片质量。

Boron(硼元素):影响P-N结,影响芯片质量。

Silica(硅元素):造成晶圆水斑,影响芯片质量。

金属离子:影响晶圆原子密度,影响芯片质量。

微粒:影响光刻精度,导电微粒会直接导致短路。

......

详细见图,总之,水不够纯净,就做不成合格的高端芯片。芯片越高端,所需纯水的纯度就越高。




芯片制造所用纯水,怎么制造?


从大的尺度说,分三个步骤:预处理、初级纯化、抛光系统。


(1)预处理:MMF+ACF(常规处理方式)、ASS+UF(新型处理方式)

MMF:石英砂过滤器,可通俗理解成筛子;

ACF:活性炭过滤器;

ASS:叠片过滤器,可通俗理解成细筛子;

UF:超滤,可通俗理解成更细的筛子。


本段基本对应前面说的“纯化的第一层次”,水中的细微颗粒等非电解质基本被去除干净了。


(2)初级纯化:2B3T+RO+MB(常规处理方式)、二级RO+EDI(新型处理方式)

2B3T:两床三塔,可通俗理解成家用终端净水器;

RO:反渗透膜,可通俗理解成更更细的筛子;

EDI:连续电解除盐,名字已经够通俗了。

本段基本对应前面说的“纯化的第二层次”,去除了水中的几乎全部电解质与非电解质,且水中阳离子和阴离子、有机物、颗粒物、微生物等含量受到一定控制。


(3)抛光系统:TOC+UV+MB+MDG+UF

TOC:炭脱除器;

UV:紫外线消毒器;

MB:混床;

MDG:膜脱气装置,通过膜将溶解于水中的气体脱除。

终端UF:终端超滤。

本段基本对应前面说的“纯化的第三层次”,水中阳离子、阴离子、有机物、颗粒物、微生物都得到了严格控制,就连水中的溶解气体也被严格控制。这时的水几乎纯净到了极致。


经过以上复杂的处理,才能生产出合格的芯片制造用水。纯水一号作为行业内领先的水处理设备集成供应商,可为半导体制造提供超纯水处理设备。


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