隨著集成電路（IC）向7nm及以下先進制程快速迭代，晶圓線寬持續縮小，生產過程中對雜質的敏感度呈指數級提升。博清生物超純水作為IC生產的“電子化學試劑載體”與 “工藝清洗介質”，其水質直接決定芯片良率與可靠性。

博清生物超純水在IC生產中用量占比超90%，主要承擔“清洗去除晶圓表面殘留污染物”“稀釋電子化學品”“冷卻工藝設備”三大功能。若超純水中存在微量金屬離子（如Na?、K?、Cu2?）、有機碳（TOC）或顆粒，會導致晶圓表面形成缺陷、光刻膠附著不良、蝕刻精度下降，最終引發芯片短路或性能失效。因此，超純水機的水質穩定性與制備效率已成為制約IC先進制程落地的關鍵因素之一，其技術研發與應用優化具有重要的產業價值。

一、集成電路生產對超純水的水質要求

IC生產對超純水的要求遠高于普通工業用水，需同時控制“物理顆粒、化學離子、有機污染物、微生物”四大類雜質，國際上普遍采SEMICON F20-0312標準與中國《電子級水》（GB/T 11446.1-2013）作為規范，不同制程對應的核心水質指標差異顯著。

二、超純水機在集成電路生產關鍵環節的應用

超純水機需根據IC生產各環節的工藝特性，動態調節水質與供水參數（如流量、壓力、溫度），確保雜質去除效率與工藝適配性。以下為核心應用環節的具體機制：

（一）晶圓清洗環節：核心雜質去除場景

晶圓清洗是IC生產中重復次數最多的工藝（單晶圓需清洗20-30次），涵蓋“預清洗、光刻后清洗、蝕刻后清洗”等階段，其核心需求是去除晶圓表面的光刻膠殘留、蝕刻液殘渣、金屬離子與顆粒。

1、預清洗階段：超純水機需提供“低TOC+高電阻率”水，配合超聲波清洗技術，去除晶圓切割過程中附著的有機污染物與微米級顆粒，避免后續工藝中雜質嵌入電路結構；

2、蝕刻后清洗階段：超純水需具備“快速離子沖洗能力”，通過調節供水壓力（0.2-0.3MPa）與溫度（25-30℃），高效去除晶圓表面殘留的氟化物（如HF蝕刻液）與金屬離子（如Al3?、Fe3?），防止金屬離子在晶圓表面形成氧化膜。
  若超純水機的離子去除效率不足（如電阻率低于18.1MΩ?cm），會導致金屬離子在晶圓表面吸附，引發芯片漏電率上升，良率可下降10%-15%。

（二）光刻環節：高精度圖案形成的保障

光刻是IC制程中“定義電路圖案”的核心工藝，需將光刻膠均勻涂覆于晶圓表面，再通過紫外線曝光與顯影形成電路圖案。此環節對超純水的核心要求是極低的顆粒與TOC含量，原因如下：

1、超純水用于稀釋光刻膠（光刻膠與超純水比例約1:5），若水中存在≥0.02μm的顆粒，會導致光刻膠涂覆不均，曝光后形成“圖案斷線”；

2、TOC會與光刻膠中的光敏劑反應，降低光刻膠的感光靈敏度，導致電路圖案邊緣模糊，線寬偏差超0.1nm（對7nm制程而言，此偏差會直接導致電路功能失效）。

因此，超純水機需在終端設置“超濾（UF）+ 紫外線氧化（UV）”雙精制系統，將TOC控制在2μg/L 以下，顆粒（≥0.02μm）控制在0.1個/mL以下。

（三）蝕刻與離子注入環節：工藝穩定性支撐

1、蝕刻環節：超純水用于冷卻蝕刻機噴頭（溫度控制在20±1℃），并沖洗蝕刻過程中產生的晶圓碎屑。超純水機需保障“恒流量供水”（流量波動≤±2%），避免因溫度波動導致蝕刻速率不穩定，進而引發線寬偏差；

2、離子注入環節：超純水用于清潔離子注入機的加速管，去除管內殘留的雜質離子（如 B?、P?），防止雜質離子混入注入離子束，導致半導體摻雜濃度偏差，影響芯片電學性能。

三、現存問題與發展展望

盡管超純水機已能滿足14nm-7nm制程的水質要求，但面對未來5nm及以下更先進制程，仍存在以下核心挑戰：

（一）現存問題

1、高能耗問題：RO與EDI系統的能耗占超純水機總能耗的70%（二級RO能耗約 0.8kWh/m3，EDI能耗約1.2kWh/m3），而12英寸晶圓廠日均超純水用量達5000-8000m3，能耗成本顯著；

2、痕量污染物控制難題：5nm制程要求金屬離子濃度≤0.001μg/L（即ppq級），現有EDI技術難以穩定去除Li?、Rb?等堿金屬離子，需開發新型離子交換材料；

3、系統協同性不足：超純水機與IC工藝設備的“水質-工藝”聯動性差，無法根據實時工藝參數（如蝕刻速率、光刻曝光量）動態調節水質，易導致局部環節水質過剩或不足。

（二）發展展望

1、低能耗技術研發：開發“低壓力RO膜”（操作壓力從1.5MPa降至0.8MPa）與“光伏驅動EDI系統”，預計可將超純水制備能耗降低30%-40%；

2、痕量雜質去除技術升級：采用“納米級離子交換樹脂”與“膜吸附-電化學氧化”復合技術，實現ppq級金屬離子與TOC的穩定去除；

3、智能化與模塊化設計：引入AI監控系統，實時采集晶圓表面雜質濃度、工藝設備參數與超純水水質數據，通過算法動態調節RO/EDI運行參數；同時采用模塊化設計，實現超純水機的快速擴容與維護，適配IC廠的產能升級需求。

博清生物科技（南京）有限公司研發的超純水機是集成電路生產中“保障工藝精度與芯片良率”的核心設備，其水質控制能力需與IC制程進步同步迭代。

面對5nm及以下先進制程的需求，博清生物科技（南京）有限公司研發的超純水機需重點突破“低能耗、痕量雜質控制、智能化協同”三大方向，通過技術升級進一步降低IC生產的能耗與成本，為電子行業的高質量發展提供支撐。未來，超純水機與IC工藝的“深度融合”將成為趨勢，其技術水平將直接影響我國集成電路產業的自主可控進程。