完善超純水系統(tǒng)提高IC制造良率

在電子工業(yè)中，集成電路特征尺寸不斷縮小，使得生產(chǎn)過程中超純水的水質(zhì)要求也愈來愈高。電子工廠潔凈廠房設(shè)計(jì)中純水供應(yīng)是重要內(nèi)容之一，各種電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝對(duì)純水水質(zhì)、水量要求均不相同。

IC制造應(yīng)關(guān)注超純水水質(zhì)

電子產(chǎn)品生產(chǎn)中純水系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)原水水質(zhì)和產(chǎn)品生產(chǎn)工藝對(duì)水質(zhì)的要求，結(jié)合系統(tǒng)規(guī)模、材料及設(shè)備供應(yīng)等情況，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來選擇。純水系統(tǒng)的原水水質(zhì)因各地區(qū)、城市的水源不同相差很大，有的城市以河水為水源，即使是河水，其河水的源頭和沿途流經(jīng)地區(qū)的地質(zhì)、地貌不同，水質(zhì)也是不同的;有的城市以井水為水源，井的深度不同、地域不同、地質(zhì)構(gòu)造不同均會(huì)千差萬別;現(xiàn)在不少城市的水源包括河水、湖水、井水等，有的城市各個(gè)區(qū)、段供水水質(zhì)也不相同。所以純水系統(tǒng)的選擇，根據(jù)原水水質(zhì)的不同，差異很大，是否選擇原水預(yù)處理，預(yù)處理設(shè)備的種類、規(guī)模都與原水水質(zhì)有關(guān)。因此電子工廠潔凈廠房的純水系統(tǒng)的選擇應(yīng)根據(jù)原水水質(zhì)和電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝對(duì)水質(zhì)的要求，結(jié)合純水系統(tǒng)的產(chǎn)水量以及當(dāng)時(shí)、當(dāng)?shù)氐募兯O(shè)備、材料供應(yīng)等情況，綜合進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。

在超大規(guī)模集成電路的超純水水質(zhì)中，優(yōu)先關(guān)注的水質(zhì)指標(biāo)為：電阻率、微粒、TOC(總有機(jī)硅)、硅、堿金屬、堿土金屬、重金屬、溶解氧等。

水溶液之所以導(dǎo)電，是因?yàn)樗懈鞣N溶解鹽都是以離子態(tài)存在的，在集成電路芯片制造過程中，與硅片接觸的水所含離子越多，對(duì)產(chǎn)品良率影響就越大。電阻率反映了超純水中離子的含量，超純水的電阻率越高，其純度也就越高。一般來講，在25℃時(shí)，理論純水的電阻率是18.24MΩ·cm。

微粒數(shù)也是衡量超純水純度的指標(biāo)。在集成電路光刻工序的清洗用水中如果含有不純物質(zhì)或微粒，將導(dǎo)致柵氧化膜厚度不均，產(chǎn)品圖形發(fā)生缺陷，耐壓性能變壞，一般以圖形尺寸的1/10為粒徑的評(píng)價(jià)對(duì)象。超純水中的微量有機(jī)物會(huì)影響柵氧化膜的絕緣耐壓性能，堿金屬、堿土金屬、重金屬則使產(chǎn)品結(jié)晶不良，柵氧化膜的絕緣耐壓性能變壞，而超純水中的溶解氧將促使硅片表面的氧化膜提前自然形成，有報(bào)道稱甚至溶在水中的氮?dú)庖矊?duì)清洗效果帶來影響。在超純水中，細(xì)菌的影響與TOC、微粒基本相同，主要是因?yàn)樵谙到y(tǒng)里的繁殖使它成為有機(jī)物和微粒的發(fā)源地。

超純水制備系統(tǒng)需完備

當(dāng)了解了超純水中雜質(zhì)對(duì)器件的影響后，如何確定超純水系統(tǒng)流程以保證生產(chǎn)設(shè)備對(duì)超純水水質(zhì)的要求就成為超純水系統(tǒng)所要解決的首要問題。集成電路工廠的純水制備系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)原水水質(zhì)及工藝生產(chǎn)設(shè)備要求的超純水水質(zhì)來確定，一般由下列4部分組成：預(yù)處理系統(tǒng)、一次純水處理系統(tǒng)、超純水制取系統(tǒng)、回收水系統(tǒng)

預(yù)處理的目的是去除水中所含的懸浮物、膠體、高分子有機(jī)物等雜質(zhì)。需要指出的是，活性炭對(duì)去除TOC有非常好的效果，但它也往往成為微生物的滋生地。因此，在預(yù)處理系統(tǒng)中采用活性炭處理單元時(shí)，應(yīng)將活性炭處理單元的進(jìn)水調(diào)成酸性，以防止微生物滋生。

在超純水制備的一次純水處理系統(tǒng)中，往往要使用反滲透裝置(RO)，且反滲透膜多以交聯(lián)芳香族聚酰胺復(fù)合膜為主，這類膜的不足之處在于：抗氧化性差，氧化性物質(zhì)能導(dǎo)致膜聚合物分解，而活性炭恰恰對(duì)水中余氯、過氧水等氧化性物質(zhì)有良好的去除效果。因此，在超大規(guī)模集成電路超純水制備的預(yù)處理系統(tǒng)中采用活性炭處理單元是十分必要的。一次純水處理系統(tǒng)的目的是對(duì)預(yù)處理系統(tǒng)的出水進(jìn)一步進(jìn)行處理，代表性的裝置有反滲透、混合離子交換、一級(jí)膜脫氣、EDI(電再生脫鹽)、UV(紫外線)、一級(jí)拋光等。其中，反滲透、UV進(jìn)一步去除一次純水處理系統(tǒng)遺留下來的TOC;混合離子交換既可去除一次純水處理系統(tǒng)遺留下來的TOC，也可去除SiO2;利用膜脫氣對(duì)預(yù)處理水中的溶解氧進(jìn)行處理;一級(jí)拋光采用高純樹脂，用來處理金屬離子。

超純水制取系統(tǒng)是為了去除一次純水處理系統(tǒng)中殘留的微量雜質(zhì)而設(shè)置的，值得注意的是，超純水制取系統(tǒng)在去除水中各種雜質(zhì)的同時(shí)，如何保證去除設(shè)備因自身材質(zhì)而引起的污染應(yīng)引起人們的高度關(guān)注。也就是說，一個(gè)完整的超純水系統(tǒng)，不但要有合理的制水流程，而且還要對(duì)每個(gè)處理設(shè)備自身的微量溶出問題進(jìn)行研究。此外，超純水的輸送方法，配管、閥門材質(zhì)的選定也應(yīng)引起人們的高度重視。

超大規(guī)模集成電路清洗設(shè)備要求的水質(zhì)幾乎均為超純水，這些清洗設(shè)備用水點(diǎn)的排水幾乎全部可以回收，經(jīng)回收處理后的水一部分可以作為冷卻塔和廢氣洗滌塔的補(bǔ)水，另一部分可以與超純水制備預(yù)處理系統(tǒng)的出水一起進(jìn)入預(yù)處理水池，作為超純水制備的補(bǔ)充水。目前，在實(shí)際工程中，水的回收率可以達(dá)到70%。要使回收水系統(tǒng)達(dá)到良好的處理效果，除了需要確定合理的處理流程外，生產(chǎn)設(shè)備排水的分類收集也是非常重要的，這樣做，可以防止高濃度TOC和其他不純物質(zhì)進(jìn)入回收水系統(tǒng)。