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晶圓制造超純水設備 —— 純度決定芯片良率

2025-04-16

  在當今高度發達的半導體產業中,晶圓制造是芯片生產的核心環節。而超純水作為晶圓清洗過程中不可或缺的重要材料,其純度直接關系到芯片的良率和性能。隨著半導體技術的不斷進步,先進制程(如 3nm 以下)對超純水的質量提出了更為嚴苛的要求。因此,研發和優化晶圓制造超純水設備,以滿足這些高純度要求,成為了半導體行業的關鍵任務之一。

  晶圓制造中對超純水的技術挑戰

  隨著半導體制程工藝向 3nm 及以下的先進水平發展,對超純水中各項雜質的控制變得嚴格。先進制程要求超純水中硅含量必須≤0.02ppm,同時氣泡直徑需小于 0.05μm。在傳統的超純水制備工藝中,混床樹脂雖然在離子交換方面有一定的作用,但存在易析出有機物的問題,這可能會對晶圓造成污染,影響芯片的質量。相比之下,電去離子(EDI)技術憑借其能夠穩定控制離子濃度的優勢,逐漸成為了晶圓制造超純水制備的關鍵技術之一。

超純水設備

  晶圓制造超純水設備的關鍵工藝

  (一)靶向離子交換

  在晶圓制造超純水中,硼、硅等離子由于其化學性質的特殊性,較難完全去除。而靶向離子交換工藝則針對這些難處理離子進行定向去除。以萊特萊德超純水設備為例,該系統通過特殊的離子交換樹脂和工藝設計,能夠有效地將硼濃度降至 1ppt 以下。這種精確的靶向去除能力,確保了超純水中關鍵離子的低含量,滿足了晶圓制造對超純水高純度的要求,從而為提高芯片良率提供了有力保障。

  (二)氮封循環系統

  在超純水的制備和儲存過程中,二氧化碳(CO?)的溶入可能會導致水的電阻率發生波動,進而影響超純水的純度。為了解決這一問題,氮封循環系統被應用于晶圓制造超純水設備中。通過向系統中充入氮氣,形成氮封環境,有效地防止了 CO?的溶入。同時,配合EDI技術,能夠實現高達 18MΩ?cm 的純度,為晶圓清洗提供了純凈的水源,減少了因水質問題對芯片制造造成的不良影響。

  (三)納米級過濾

  在晶圓制造過程中,即使是微小的膠體顆粒也可能會對晶圓表面造成損傷,從而降低芯片的良率。因此,納米級過濾工藝在超純水設備中顯得尤為重要。采用 2nm 超濾膜能夠有效地攔截膠體顆粒,去除水中的微小雜質。實踐表明,通過這種納米級過濾工藝,晶圓制造的良率能夠提升 3%,顯著提高了芯片生產的效率和質量。

  晶圓制造超純水設備在芯片制造過程中扮演著至關重要的角色,其純度直接決定了芯片的良率。通過應對先進制程帶來的技術挑戰,采用靶向離子交換、氮封循環系統和納米級過濾等關鍵工藝,能夠有效地避免金屬離子污染和顆粒吸附,制備出滿足晶圓制造高純度要求的超純水。隨著半導體技術的不斷發展,對超純水設備的要求也將不斷提高。未來,需要持續創新和優化超純水設備的設計和工藝,以適應日益嚴格的芯片制造標準,推動半導體產業的進一步發展。

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