随着集成电路（IC）向7nm及以下先进制程快速迭代，晶圆线宽持续缩小，生产过程中对杂质的敏感度呈指数级提升。博清生物超纯水作为IC生产的“电子化学试剂载体”与 “工艺清洗介质”，其水质直接决定芯片良率与可靠性。

博清生物超纯水在IC生产中用量占比超90%，主要承担“清洗去除晶圆表面残留污染物”“稀释电子化学品”“冷却工艺设备”三大功能。若超纯水中存在微量金属离子（如Na⁺、K⁺、Cu²⁺）、有机碳（TOC）或颗粒，会导致晶圆表面形成缺陷、光刻胶附着不良、蚀刻精度下降，最终引发芯片短路或性能失效。因此，超纯水机的水质稳定性与制备效率已成为制约IC先进制程落地的关键因素之一，其技术研发与应用优化具有重要的产业价值。

一、集成电路生产对超纯水的水质要求

IC生产对超纯水的要求远高于普通工业用水，需同时控制“物理颗粒、化学离子、有机污染物、微生物”四大类杂质，国际上普遍采SEMICON F20-0312标准与中国《电子级水》（GB/T 11446.1-2013）作为规范，不同制程对应的核心水质指标差异显著。

二、超纯水机在集成电路生产关键环节的应用

超纯水机需根据IC生产各环节的工艺特性，动态调节水质与供水参数（如流量、压力、温度），确保杂质去除效率与工艺适配性。以下为核心应用环节的具体机制：

（一）晶圆清洗环节：核心杂质去除场景

晶圆清洗是IC生产中重复次数最多的工艺（单晶圆需清洗20-30次），涵盖“预清洗、光刻后清洗、蚀刻后清洗”等阶段，其核心需求是去除晶圆表面的光刻胶残留、蚀刻液残渣、金属离子与颗粒。

1、预清洗阶段：超纯水机需提供“低TOC+高电阻率”水，配合超声波清洗技术，去除晶圆切割过程中附着的有机污染物与微米级颗粒，避免后续工艺中杂质嵌入电路结构；

2、蚀刻后清洗阶段：超纯水需具备“快速离子冲洗能力”，通过调节供水压力（0.2-0.3MPa）与温度（25-30℃），高效去除晶圆表面残留的氟化物（如HF蚀刻液）与金属离子（如Al³⁺、Fe³⁺），防止金属离子在晶圆表面形成氧化膜。
  若超纯水机的离子去除效率不足（如电阻率低于18.1MΩ・cm），会导致金属离子在晶圆表面吸附，引发芯片漏电率上升，良率可下降10%-15%。

（二）光刻环节：高精度图案形成的保障

光刻是IC制程中“定义电路图案”的核心工艺，需将光刻胶均匀涂覆于晶圆表面，再通过紫外线曝光与显影形成电路图案。此环节对超纯水的核心要求是极低的颗粒与TOC含量，原因如下：

1、超纯水用于稀释光刻胶（光刻胶与超纯水比例约1:5），若水中存在≥0.02μm的颗粒，会导致光刻胶涂覆不均，曝光后形成“图案断线”；

2、TOC会与光刻胶中的光敏剂反应，降低光刻胶的感光灵敏度，导致电路图案边缘模糊，线宽偏差超0.1nm（对7nm制程而言，此偏差会直接导致电路功能失效）。

因此，超纯水机需在终端设置“超滤（UF）+ 紫外线氧化（UV）”双精制系统，将TOC控制在2μg/L 以下，颗粒（≥0.02μm）控制在0.1个/mL以下。

（三）蚀刻与离子注入环节：工艺稳定性支撑

1、蚀刻环节：超纯水用于冷却蚀刻机喷头（温度控制在20±1℃），并冲洗蚀刻过程中产生的晶圆碎屑。超纯水机需保障“恒流量供水”（流量波动≤±2%），避免因温度波动导致蚀刻速率不稳定，进而引发线宽偏差；

2、离子注入环节：超纯水用于清洁离子注入机的加速管，去除管内残留的杂质离子（如 B⁺、P⁺），防止杂质离子混入注入离子束，导致半导体掺杂浓度偏差，影响芯片电学性能。

三、现存问题与发展展望

尽管超纯水机已能满足14nm-7nm制程的水质要求，但面对未来5nm及以下更先进制程，仍存在以下核心挑战：

（一）现存问题

1、高能耗问题：RO与EDI系统的能耗占超纯水机总能耗的70%（二级RO能耗约 0.8kWh/m³，EDI能耗约1.2kWh/m³），而12英寸晶圆厂日均超纯水用量达5000-8000m³，能耗成本显著；

2、痕量污染物控制难题：5nm制程要求金属离子浓度≤0.001μg/L（即ppq级），现有EDI技术难以稳定去除Li⁺、Rb⁺等碱金属离子，需开发新型离子交换材料；

3、系统协同性不足：超纯水机与IC工艺设备的“水质-工艺”联动性差，无法根据实时工艺参数（如蚀刻速率、光刻曝光量）动态调节水质，易导致局部环节水质过剩或不足。

（二）发展展望

1、低能耗技术研发：开发“低压力RO膜”（操作压力从1.5MPa降至0.8MPa）与“光伏驱动EDI系统”，预计可将超纯水制备能耗降低30%-40%；

2、痕量杂质去除技术升级：采用“纳米级离子交换树脂”与“膜吸附-电化学氧化”复合技术，实现ppq级金属离子与TOC的稳定去除；

3、智能化与模块化设计：引入AI监控系统，实时采集晶圆表面杂质浓度、工艺设备参数与超纯水水质数据，通过算法动态调节RO/EDI运行参数；同时采用模块化设计，实现超纯水机的快速扩容与维护，适配IC厂的产能升级需求。

博清生物科技（南京）有限公司研发的超纯水机是集成电路生产中“保障工艺精度与芯片良率”的核心设备，其水质控制能力需与IC制程进步同步迭代。

面对5nm及以下先进制程的需求，博清生物科技（南京）有限公司研发的超纯水机需重点突破“低能耗、痕量杂质控制、智能化协同”三大方向，通过技术升级进一步降低IC生产的能耗与成本，为电子行业的高质量发展提供支撑。未来，超纯水机与IC工艺的“深度融合”将成为趋势，其技术水平将直接影响我国集成电路产业的自主可控进程。