半導體產業是電子信息產業的核心基石，其制程迭代速度遵循“摩爾定律”，當前主流工藝已進入5nm量產階段，3nm技術逐步落地。在先進制程中，晶圓表面的微小污染物（如金屬離子、有機雜質、微粒）會導致光刻圖形畸變、器件漏電、介電層擊穿等致命缺陷，直接影響芯片良率與可靠性。超純水作為半導體制造中唯一直接接觸晶圓表面的“通用溶劑”，其純度控制已成為制程突破的關鍵瓶頸之一。

傳統超純水制備技術多依賴“預處理+反滲透（RO）+離子交換（IE）+終端過濾”工藝，存在離子交換樹脂再生頻繁、TOC去除不徹底、能耗高、運維復雜等問題，難以適配先進制程對水質穩定性與低能耗的雙重需求。博清生物基于“膜分離-電去離子（EDI）-高級氧化”集成技術，開發了超純水機，通過優化預處理單元、采用抗污染RO膜與高效EDI膜堆、引入紫外（UV）高級氧化TOC去除模塊，實現超純水的高效制備與穩定供應。

一、半導體制造對超純水的核心需求

半導體制造流程涵蓋晶圓制備、光刻、蝕刻、CMP、薄膜沉積、封裝測試等數十個環節，不同環節對超純水的水質要求存在差異化，但核心指標均需符合SEMI（國際半導體產業協會）制定的超純水標準。

（一）關鍵水質指標要求

1、電阻率：反映水中離子含量，半導體制造要求超純水電阻率達到理論最大值 18.25MΩ?cm（25℃），避免離子殘留導致器件漏電；

2、總有機碳（TOC）：有機雜質會在光刻過程中與光刻膠反應，形成難以去除的殘留物，因此要求TOC≤10ppb；

3、微粒：粒徑≥0.1μm的微粒會附著于晶圓表面，導致光刻圖形缺陷，要求每毫升超純水中微粒數量≤1個；

4、金屬離子：Na?、K?、Fe3?、Cu2?等金屬離子會擴散至半導體晶格，改變器件電學性能，要求濃度≤0.1ppt。

（二）典型工藝環節的差異化需求

1、晶圓清洗環節：需超純水具備強潔凈能力，且無二次污染，要求TOC≤10ppb，避免清洗后晶圓表面殘留雜質；

2、化學機械拋光（CMP）環節：超純水用于稀釋拋光液與沖洗拋光殘留物，需穩定的電阻率（18.25MΩ?cm）與低金屬離子含量，防止拋光液組分失效；

3、薄膜沉積環節：超純水用于清洗沉積腔體，要求 TOC≤10ppb，避免有機雜質影響薄膜純度與附著力。

二、超純水機的技術體系與創新點

博清生物超純水機采用“預處理-核心凈化-終端精制-智能控制”四級工藝架構，針對半導體制造的水質需求進行技術優化，其核心技術體系如下：

（一）預處理系統：保障核心單元穩定運行

預處理單元采用“多介質過濾+活性炭吸附+精密過濾”三級設計：

1、多介質過濾：以石英砂、無煙煤為濾料，去除進水中的懸浮物、膠體顆粒，降低濁度至≤0.1NTU，避免后續RO膜堵塞；

2、活性炭吸附：采用柱狀顆粒活性炭，吸附水中余氯、部分有機物，防止RO膜被氯氧化降解；

3、精密過濾：采用聚丙烯濾芯，截留殘余微粒，確保進入RO單元的進水濁度≤0.05NTU。

（二）核心凈化單元：實現高純度水質制備

核心凈化單元整合“反滲透（RO）+電去離子（EDI）+紫外高級氧化（UV-TOC）”技術，是超純水純度提升的關鍵：

1、反滲透（RO）模塊：采用抗污染型芳香族聚酰胺復合膜，操作壓力0.6-0.8MPa，水溫25℃條件下，脫鹽率≥99.8%，TOC去除率≥80%，將進水電阻率從0.1MΩ?cm 提升至5-10MΩ?cm；

2、電去離子（EDI）模塊：采用均相離子交換膜堆，通過電場作用實現離子的連續去除，無需樹脂再生，電阻率提升至15-18MΩ?cm，金屬離子去除率≥99.99%；

3、紫外高級氧化（UV-TOC）模塊：采用 185nm/254nm雙波長紫外燈，185nm紫外線產生羥基自由基，氧化分解水中有機污染物，TOC去除率≥95%，將TOC降至0.5ppb以下。

（三）終端精制系統：保障水質無二次污染

終端精制單元采用“超濾（UF）+混床離子交換樹脂”設計：

1、超濾模塊：采用聚醚砜（PES）中空纖維膜，孔徑0.02μm，截留水中微粒與細菌，去除率≥99.9%；

2、混床離子交換樹脂：采用核級均粒樹脂，進一步去除殘余離子，確保電阻率穩定達到18.2MΩ?cm。

（四）智能控制與監測系統

設備搭載PLC控制系統與觸摸屏，具備以下功能：

1、實時監測：在線監測電阻率、TOC、流量、壓力、水溫等關鍵參數，數據采樣頻率1次/秒，超標時自動報警；

2、智能調節：根據進水水質波動自動調整RO運行壓力、EDI電流、UV燈功率，保障水質穩定；

3、運維管理：記錄設備運行數據，支持遠程運維，提示濾芯更換、UV燈壽命等維護節點。

三、技術優勢分析

與傳統超純水設備相比，博清生物超純水機的核心優勢體現在三方面：

（一）水質穩定性：通過“RO+EDI+UV-TOC”集成技術，避免離子交換樹脂再生導致的水質波動，實現電阻率與TOC的長期穩定；

（二）低能耗與環保：EDI模塊無需酸堿再生，減少化學試劑消耗與廢水排放；抗污染 RO 膜降低運行壓力，單位產水能耗顯著低于傳統設備；

（三）智能運維：在線監測與遠程運維功能減少人工干預，降低半導體制造中的人為誤差風險。

四、應用局限性與改進方向

當前設備在3nm及以下更先進制程中的應用仍需優化：

TOC 控制：3nm制程要求TOC≤0.2ppb，需進一步提升UV-TOC模塊的氧化效率，可考慮引入臭氧協同氧化技術；

微粒控制：需開發孔徑更小（0.01μm）的超濾膜，滿足≤0.05μm微粒的去除需求。

未來可通過優化TOC與微粒去除模塊，進一步適配3nm及以下制程的需求，為電子行業半導體制造的技術突破提供關鍵支撐。