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完善超纯水系统,提高IC制造良率

浏览次数:439次发表时间:2017-07-20

 

在电子工业中,集成电路特征尺寸不断缩小,使得生产过程中超纯水的水质要求也愈来愈高。电子工厂洁净厂房设计中纯水供应是重要内容之一,各种电子产品生产工艺对纯水水质、水量要求均不相同。

  IC制造应关注超纯水水质

  电子产品生产中纯水系统应根据原水水质和产品生产工艺对水质的要求,结合系统规模、材料及设备供应等情况,通过技术经济比较来选择。纯水系统的原水水质因各地区、城市的水源不同相差很大,有的城市以河水为水源,即使是河水,其河水的源头和沿途流经地区的地质、地貌不同,水质也是不同的;有的城市以井水为水源,井的深度不同、地域不同、地质构造不同均会千差万别;现在不少城市的水源包括河水、湖水、井水等,有的城市各个区、段供水水质也不相同。所以纯水系统的选择,根据原水水质的不同,差异很大,是否选择原水预处理,预处理设备的种类、规模都与原水水质有关。因此电子工厂洁净厂房的纯水系统的选择应根据原水水质和电子产品生产工艺对水质的要求,结合纯水系统的产水量以及当时、当地的纯水设备、材料供应等情况,综合进行技术经济比较确定。

  在超大规模集成电路的超纯水水质中,优先关注的水质指标为:电阻率、微粒、TOC(总有机硅)、硅、碱金属、碱土金属、重金属、溶解氧等。

  水溶液之所以导电,是因为水中各种溶解盐都是以离子态存在的,在集成电路芯片制造过程中,与硅片接触的水所含离子越多,对产品良率影响就越大。电阻率反映了超纯水中离子的含量,超纯水的电阻率越高,其纯度也就越高。一般来讲,在25℃时,理论纯水的电阻率是18.24MΩ·cm。

  微粒数也是衡量超纯水纯度的指标。在集成电路光刻工序的清洗用水中如果含有不纯物质或微粒,将导致栅氧化膜厚度不均,产品图形发生缺陷,耐压性能变坏,一般以图形尺寸的1/10为粒径的评价对象。超纯水中的微量有机物会影响栅氧化膜的绝缘耐压性能,碱金属、碱土金属、重金属则使产品结晶不良,栅氧化膜的绝缘耐压性能变坏,而超纯水中的溶解氧将促使硅片表面的氧化膜提前自然形成,有报道称甚至溶在水中的氮气也对清洗效果带来影响。在超纯水中,细菌的影响与TOC、微粒基本相同,主要是因为在系统里的繁殖使它成为有机物和微粒的发源地。

  超纯水制备系统需完备

  当了解了超纯水中杂质对器件的影响后,如何确定超纯水系统流程以保证生产设备对超纯水水质的要求就成为超纯水系统所要解决的首要问题。集成电路工厂的纯水制备系统应根据原水水质及工艺生产设备要求的超纯水水质来确定,一般由下列4部分组成:预处理系统、一次纯水处理系统、超纯水制取系统、回收水系统

  预处理的目的是去除水中所含的悬浮物、胶体、高分子有机物等杂质。需要指出的是,活性炭对去除TOC有非常好的效果,但它也往往成为微生物的滋生地。因此,在预处理系统中采用活性炭处理单元时,应将活性炭处理单元的进水调成酸性,以防止微生物滋生。

  在超纯水制备的一次纯水处理系统中,往往要使用反渗透装置(RO),且反渗透膜多以交联芳香族聚酰胺复合膜为主,这类膜的不足之处在于:抗氧化性差,氧化性物质能导致膜聚合物分解,而活性炭恰恰对水中余氯、过氧水等氧化性物质有良好的去除效果。因此,在超大规模集成电路超纯水制备的预处理系统中采用活性炭处理单元是十分必要的。一次纯水处理系统的目的是对预处理系统的出水进一步进行处理,代表性的装置有反渗透、混合离子交换、一级膜脱气、EDI(电再生脱盐)、UV(紫外线)、一级抛光等。其中,反渗透、UV进一步去除一次纯水处理系统遗留下来的TOC;混合离子交换既可去除一次纯水处理系统遗留下来的TOC,也可去除SiO2;利用膜脱气对预处理水中的溶解氧进行处理;一级抛光采用高纯树脂,用来处理金属离子。
  超纯水制取系统是为了去除一次纯水处理系统中残留的微量杂质而设置的,值得注意的是,超纯水制取系统在去除水中各种杂质的同时,如何保证去除设备因自身材质而引起的污染应引起人们的高度关注。也就是说,一个完整的超纯水系统,不但要有合理的制水流程,而且还要对每个处理设备自身的微量溶出问题进行研究。此外,超纯水的输送方法,配管、阀门材质的选定也应引起人们的高度重视。

  超大规模集成电路清洗设备要求的水质几乎均为超纯水,这些清洗设备用水点的排水几乎全部可以回收,经回收处理后的水一部分可以作为冷却塔和废气洗涤塔的补水,另一部分可以与超纯水制备预处理系统的出水一起进入预处理水池,作为超纯水制备的补充水。目前,在实际工程中,水的回收率可以达到70%。要使回收水系统达到良好的处理效果,除了需要确定合理的处理流程外,生产设备排水的分类收集也是非常重要的,这样做,可以防止高浓度TOC和其他不纯物质进入回收水系统。



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