超纯水技术在半导体芯片厂的关键作用

莱特莱德

超纯水质量引发的危机事件​
2024 年 7 月，某大型半导体芯片制造工厂遭遇了一场严重的生产事故。在芯片制造的光刻环节中，大量芯片出现了线路短路与断路的严重问题。经过工程师们紧急排查，发现是用于光刻胶显影的超纯水出现了问题。在超纯水系统的出水口，检测出了 0.5ppb 的铜离子残留，以及总有机碳（TOC）含量达到了 10ppb。这看似极其微小的污染，却对芯片制造产生了巨大影响，导致当批次芯片的良品率从原本稳定的 90% 骤降至 40%，造成了高达数百万美元的直接经济损失。​
事件溯源与技术攻坚​
问题根源分析​
在半导体芯片制造领域，超纯水的质量标准极为严苛，遵循 SEMI F63 等相关标准。超纯水的电阻率必须稳定维持在≥18.2 MΩ・cm，TOC 需低于 5ppb，每升水中粒径大于 0.1μm 的颗粒物不能超过 100 个 。污染物来源多样，离子方面，像铜、铁、硼等金属与非金属离子，可能来自原水水源，也可能在管道输送与储存过程中因设备材质溶出而引入；TOC 主要源于水中溶解的有机物质，例如微生物代谢产物、管道内的有机涂层老化分解物等；颗粒物则可能是由于系统过滤不彻底，从外界环境混入或者设备内部磨损产生。​
超纯水核心技术介绍​
反渗透（RO）技术：利用半透膜的特性，在高于溶液渗透压的压力作用下，只有水能够通过半透膜，而溶液中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质则被截留在半透膜的另一侧，从而达到对水进行净化的目的。​
电去离子（EDI）技术：利用离子交换膜和电场作用同步去除水中离子的纯化技术。在电场作用下，水中的阴阳离子分别向正负电极移动，通过离子交换树脂和离子交换膜的协同作用，实现离子的定向迁移与去除，同时对离子交换树脂进行连续再生。​
紫外线 / 臭氧（UV/O3）联合技术：通过紫外线照射使水中的有机物化学键断裂，同时臭氧具有强氧化性，能将大分子有机物氧化分解为小分子物质，甚至彻底氧化为二氧化碳和水，从而有效降低水中的 TOC 含量。