1. 超純水在半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)中的應(yīng)用需求
 
隨著半導(dǎo)體行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)對(duì)超純水的質(zhì)量、純度要求不斷提高，超純水在半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)中的質(zhì)量和穩(wěn)定性對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備及芯片產(chǎn)品的良率、性能、品質(zhì)和可靠性等多方面產(chǎn)生重要影響。因此，如何優(yōu)化半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)中超純水的生產(chǎn)工藝和水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)，以滿足半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)對(duì)高純度、高品質(zhì)的超純水的需求，已成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)研究和探討的重要課題。
 
2. 超純水的生產(chǎn)工藝及設(shè)備
 
超純水生產(chǎn)系統(tǒng)主要由預(yù)處理、一級(jí)反滲透（RO）處理、二級(jí)反滲透處理、混床處理、紫外線殺菌、超濾（UF）等設(shè)備組成。超純水的生產(chǎn)工藝主要包括預(yù)處理、反滲透膜和混床處理、紫外線殺菌及超濾等處理工藝。
 
（1）預(yù)處理：預(yù)處理的主要目的是減少原水中的懸浮物、顆粒物、濁度、余氯、電導(dǎo)率等。常見(jiàn)的預(yù)處理設(shè)備包括原水罐、多媒體過(guò)濾器、活性炭過(guò)濾器、軟化器等。
 
（2）混床處理：將反滲透處理后的水進(jìn)行深度去離子處理，以降低水中的電導(dǎo)率�；齑仓械年�(yáng)離子和陰離子樹(shù)脂可以將水中的陽(yáng)離子和陰離子完全吸附，使水的電導(dǎo)率降低到極低水平。超濾
 
（3）UF：超濾是通過(guò)外壓作用使液體和部分小分子物質(zhì)通過(guò)一種選擇性能的膜，留下大分子物質(zhì)和顆粒物的過(guò)程。主要用于去除水中的細(xì)菌、大分子有機(jī)物等。
 
（4）RO反滲透是一種通過(guò)半透膜濾除水中雜質(zhì)的技術(shù)，可以用于水的凈化和海水淡化。RO反滲透技術(shù)的核心是半透膜，其具有高通透性和選擇性，可以將水中的溶解性固體、溶解性氣體、有機(jī)物等雜質(zhì)濾除，從而獲得高純度的水。
RO反滲透技術(shù)的工作原理是，將水通過(guò)高壓泵送入半透膜模組，水分子可以通過(guò)半透膜，而雜質(zhì)則被濾除。經(jīng)過(guò)RO反滲透處理后的水質(zhì)量高，可以用于飲用水、工業(yè)用水、電子行業(yè)用水等。
RO反滲透技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：處理效率高、占地面積小、操作簡(jiǎn)便、處理成本低、處理后水質(zhì)高。缺點(diǎn)是：需要高壓泵提供高壓力，能耗較高；半透膜易受到污染，需要定期更換。
反滲透膜：將原水中可溶性鹽分、有機(jī)物以及細(xì)菌等去除，達(dá)到設(shè)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。通常采用一級(jí)反滲透和二級(jí)反滲透處理，一級(jí)反滲透設(shè)備的主要目的是達(dá)到一定的去鹽率，同時(shí)預(yù)防二級(jí)反滲透膜的污染；二級(jí)反滲透設(shè)備進(jìn)一步提高水質(zhì)。
 
（5）EDI技術(shù)（Electrodeionization）可以制備超純水，通常指電子級(jí)水（Electronic Grade Water，EGW）。與傳統(tǒng)的去離子技術(shù)不同，EDI技術(shù)可以使水的電阻率達(dá)到18 MΩ·cm以上，玻璃級(jí)別的純度。
 
制備超純水的EDI系統(tǒng)流程通常包括3個(gè)系統(tǒng)：一級(jí)RO預(yù)處理，二級(jí)EDI超純水系統(tǒng)和循環(huán)RO系統(tǒng)。首先，一級(jí)RO預(yù)處理可以去除大部分離子、雜質(zhì)和溶解性固體，以減輕EDI系統(tǒng)的工作壓力。其次，EDI超純水系統(tǒng)可以進(jìn)一步去除電導(dǎo)率非常低的離子和有機(jī)物。*后，循環(huán)RO系統(tǒng)主要是為了回收EDI系統(tǒng)廢水并減少水的消耗，降低操作成本。
 
EDI技術(shù)制備的超純水質(zhì)量高、純度穩(wěn)定、操作成本低、廢水回收利用率高。在微電子制造、藥物制造、食品加工等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
（6））紫外線殺菌：紫外線（UV）是一種有效的殺菌手段，可以破壞微生物DNA和RNA，使其失去活性，達(dá)到殺菌消毒的目的。
3. 水質(zhì)關(guān)鍵檢查點(diǎn)要求達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)
 
半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)對(duì)超純水的技術(shù)指標(biāo)要求非常高，主要包括以下幾個(gè)方面：
（1）電阻率：電阻率是表征水質(zhì)純度的一個(gè)重要指標(biāo)，一般要求達(dá)到18.2MΩ·cm（25℃）。
（2）硅、磷、鋁等微量元素濃度：要求對(duì)這些微量元素的濃度進(jìn)行嚴(yán)格控制，一般要求在數(shù)ppb甚至ppt水平。
（3）細(xì)菌及細(xì)菌內(nèi)毒素：要求對(duì)細(xì)菌數(shù)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，一般要求細(xì)菌數(shù)量不大于10cfu /100ml，內(nèi)毒素不大于0.25EU/ml。
（4）余氯：作為消毒劑的氯對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備有腐蝕性，因此要求對(duì)水中的余氯進(jìn)行嚴(yán)格控制，一般要求在數(shù)ppb水平。
（5）顆粒物：對(duì)水中顆粒物的濃度要求嚴(yán)格控制，通常要求在0.1μm-1.0μm大小的顆粒物濃度不大于50個(gè)/ml。
 
4. 在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)及設(shè)備
在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)可以實(shí)時(shí)獲取超純水的水質(zhì)數(shù)據(jù)，對(duì)半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)線具有重要指導(dǎo)意義，有利于對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)了解和調(diào)整。常用的在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備和技術(shù)包括：
 
（1）電導(dǎo)率監(jiān)測(cè)：電導(dǎo)率監(jiān)測(cè)是實(shí)時(shí)檢測(cè)超純水電導(dǎo)率的一種監(jiān)測(cè)手段，以確保其水質(zhì)達(dá)到要求。常見(jiàn)的電導(dǎo)率監(jiān)測(cè)儀器有HACH、YSI、ENDRESS HAUSER等品牌。
 
（2）余氯監(jiān)測(cè)：余氯在線監(jiān)測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)進(jìn)膜前余氯的去除，主要包括DPD比色法和膜極法。HACH公司的CL17分析器和KINGMILL上海清淼光電KM-CL400是DPD比色法在線監(jiān)測(cè)余氯的一種典型設(shè)備，具有監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。
 
（3）硬度監(jiān)測(cè)：硬度在線監(jiān)測(cè)在軟化水監(jiān)測(cè)出水水質(zhì)和樹(shù)脂的再生情況，主要采用EDTA滴定法，可以實(shí)時(shí)了解水中鈣鎂離子的含量。常見(jiàn)硬度監(jiān)測(cè)設(shè)備主要包括HACH 、上海清淼光電等品牌。
 
5. 結(jié)論
 
隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)過(guò)程中的超純水質(zhì)量要求越來(lái)越高，對(duì)超純水生產(chǎn)工藝、設(shè)備、技術(shù)要求以及在線水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了探討。通過(guò)優(yōu)化純水站設(shè)備配置和在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以更好地保障半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)過(guò)程中的超純水質(zhì)量，提高半導(dǎo)體芯片的良率和性能，降低生產(chǎn)成本，從而為我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供有力支持。