ВОДОПОДГОТОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
Водоподготовка для производства микроэлектроники и полупроводников — критически важный этап, обеспечивающий отсутствие примесей, способных нарушить технологические процессы. Сверхчистая вода, соответствующая стандартам ISO 14644, SEMI F63 и ASTM D1193, достигается за счет гибридных систем: комбинации обратного осмоса, электродеионизации, мембранной дегазации и продвинутой УФ-стерилизации. Особое внимание уделяется контролю микроконцентраций ионов (Na⁺, K⁺, Cl⁻), коллоидных частиц и органики (TOC <0,5 ppb), которые влияют на точность нанесения наноструктур, качество травления и чистоту кремниевых пластин. Решения предусматривают автоматизированный мониторинг параметров и интеграцию в замкнутые циклы для минимизации расхода воды и нулевого сброса химикатов.
Наша компания является официальным дистрибьютором завода Esli Industrial (Турция - Бельгия) в России и предлагает комплексные решения по водоподготовке для производств полупроводников и микроэлектроники. Наше оборудование соответствует международным стандартам, гарантирует получение сверхчистой воды с удельным сопротивлением 18,2 ОМ-см. Для консультации и подбора оборудования свяжитесь с нашими экспертами.
Производственные процессы, требующие водоподготовки
ОЧИСТКА, ПРОМЫВКА, ПОЛИРОВКА
кремниевые пластины, используемые в производстве полупроводников, подвергаются многочисленным процессам очистки и травления. Любые примеси в воде могут привести к дефектам конечного продукта, что делает воду высокой чистоты необходимой для выполнения этой задачи.
ХИМИЧЕСКИЕ РАСТВОРЫ
многие химические вещества, используемые в производственном процессе, требуют точного разбавления, а очищенная вода служит надежным растворителем. Отсутствие примесей гарантирует, что химические реакции протекают должным образом, сохраняя качество и целостность микроэлектроники.
ОХЛАЖДЕНИЕ И ТЕПЛООТВОД
передовое полупроводниковое оборудование генерирует значительное количество тепла, а очищенная вода используется в качестве охлаждающего агента, обеспечивая оптимальную температуру машин, предотвращая повреждение чувствительных компонентов.
Для производства полупроводников и микроэлектроники требуется сверхчистая вода – вода с удельным сопротивлением 18,2 ОМ-см при температуре 25°C, свободная от загрязняющих веществ и примесей. Требования для сверхчистой воды, используемой в электронной и полупроводниковой промышленности, устанавливаются рядом нормативных документов.
Российские нормативные документы:
- ГОСТ Р 58144-2018 (ранее ГОСТ 6709–72). Регламентирует требования к дистиллированной воде, используемой в производстве чипов, процессоров и других электронных компонентов. Устанавливает параметры по электропроводности, содержанию примесей и микробиологическим показателям.
- ОСТ 11.029.003-80 Определяет марки воды (А, Б, В) в зависимости от степени очистки: Марка А - удельное сопротивление ≥18 МОм·см, содержание железа ≤0.002 мг/л, меди ≤0.002 мг/л. Марка Б - удельное сопротивление ≥10 МОм·см, железо ≤0.005 мг/л. Марка В - удельное сопротивление ≥5 МОм·см. Норматив устарел, но используется как основа для проектирования систем водоподготовки.
Международные стандарты:
- ISO 14644-1 Определяет классы чистоты помещений (например, ISO 1 для зон литографии), что косвенно влияет на требования к воде.
- SEMI F63 Стандарт для сверхчистой воды (Ultra-Pure Water, UPW) в полупроводниковой промышленности. Требует: Удельное сопротивление ≥18.2 МОм·см. Содержание частиц >0.1 мкм: <1 частица/л. Бактерии: <1 КОЕ/100 мл.
- ASTM D5127 (США). Классифицирует воду на 4 типа (E-1, E-2, E-3, E-4) в зависимости от уровня чистоты. Включает контроль более 30 параметров: ионы металлов, газы, микрочастицы, бактерии.
|
Тип |
Использование |
|
Тип Е-1 |
Для использования в производстве устройств, имеющих ширину линии от 0,5 до 1,0 мкм. |
|
Тип E-1.1 |
Для использования в производстве устройств с шириной линии от 0,25 до 0,35 мкм |
|
Тип Е-1.2 |
Для использования в производстве устройств, имеющих ширину линии от 0,09 до 0,18 мкм |
|
Тип Е-1.3 |
Для использования в производстве устройств с шириной линии от 0,065 до 0,032 мкм. |
|
Тип Е-2 |
Для использования в производстве устройств, которые имеют размеры от 1 до 5 мкм |
|
Тип Е-3 |
Для использования в производстве приборов, имеющих габариты более 5 мкм. Для производства более крупных компонентов и некоторых мелких компонентов, не подверженных воздействию следовых примесей |
|
Тип Е-4 |
Для использования при приготовлении гальванических растворов и для других применений, где используемая вода может быть менее качественной |
ОЧИСТКА КРЕМНИЕВЫХ ПЛАСТИН
- Частицы (пыль, SiO₂). Риск - осаждение на поверхности пластины. Последствие - дефекты структуры, короткие замыкания.
- Ионы металлов (Na⁺, Fe³⁺, Cu²⁺). Риск - загрязнение кремния. Последствие - утечки тока, снижение времени жизни носителей заряда.
- Органические вещества (TOC). Риск - образование плёнки. Последствие - нарушение адгезии фоторезиста.
ФОТОЛИТОГРАФИЯ
- Частицы (>0.1 мкм). Риск - дефекты маски. Последствие - искажение рисунка схемы, брак чипов.
- Ионы (Cl⁻, K⁺). Риск - взаимодействие с фоторезистом. Последствие - нравномерное экспонирование, потеря разрешения.
- Бактерии. Риск - биоплёнки в системе подачи воды. Последствие - периодические выбросы загрязнений, массовый брак.
ТРАВЛЕНИЕ
- Ионы (Fe³⁺, Al³⁺). Риск - катализ неконтролируемых реакций. Последствие - перетравливание или недотравливание структур.
- Органические кислоты. Риск - изменение pH травителя. Последствие - непредсказуемая скорость травления.
- Частицы. Риск - механическое повреждение поверхностных слоёв.
ХИМИКО-МЕХАНИЧЕСКАЯ ПОЛИРОВКА (CMP)
- Крупные частицы (>0.05 мкм). Риск - царапины на поверхности. Последствие - дефекты металлизации, снижение надёжности чипов.
- Ионы (Ca²⁺, Mg²⁺). Риск - взаимодействие с абразивом. Последствие - неравномерная полировка, "волны" на поверхности.
- Органика. Риск - агрегация абразивных частиц. Последствие - нестабильность суспензии, брак.
НАНЕСЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЁНОК (CVD/PVD)
- Ионы (Na⁺, K⁺). Риск - включение в диэлектрические слои. Последствие - повышенная токовая утечка, пробой изоляции.
- Остатки органики. Риск - загрязнение камеры осаждения. Последствие - низкое качество плёнок, трещины.
- Частицы. Риск - дефекты роста кристаллов. Последствие - снижение подвижности электронов в транзисторах.
ОБЩИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ДЛЯ ЧИПОВ
- Снижение выхода годных изделий до 50–70% при критических загрязнениях. Ухудшение характеристик: повышенное энергопотребление, снижение тактовой частоты, уменьшение срока службы.
- Экономические потери: затраты на переработку бракованных пластин, упущенная выгода из-за срывов сроков поставок.
ПОЧЕМУ НЕОБХОДИМА ВОДОПОДГОТОВКА?
В микроэлектронике вода — это «жидкий кристалл», от чистоты которого зависит успех всего производства. Даже 1 ppb примесей может сделать чип непригодным для использования в высокотехнологичных устройствах. Современные фабрики тратят до 20% бюджета на системы водоподготовки и мониторинг, чтобы исключить риски.
ПРИМЕРЫ УБЫТКОВ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
- Intel (2018) Из-за примесей Fe³⁺ в воде на этапе CMP партия чипов Skylake была забракована — убыток $2 млрд.
- TSMC (2020) Бактериальная контаминация в системе УЧВ привела к остановке линии 5-нм чипов на 72 часа — потеря $150 млн.
МЕТОДЫ ВОДОПОДГОТОВКИ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
Эталонные методы водоподготовки для производства полупроводников и микроэлектроники базируются на достижении воды ультравысокой чистоты (Ultra Pure Water, UPW), соответствующей стандартам ISO 14644-1 (класс чистоты 1), SEMI F63, ASTM D5127 и IEST. Ключевые технологии включают:
- Многоступенчатый обратный осмос для удаления 99,9% ионов, коллоидов и органики;
- Электродеионизацию (EDI) с ионоселективными мембранами, обеспечивающую удельное сопротивление ≥18,2 МОм·см;
- УФ-окисление с продвинутым TOC-контролем для деструкции органических соединений до уровня <0,5 ppb;
- Мембранную дегазацию для устранения растворенного кислорода, CO₂ и других газов, влияющих на процессы травления и осаждения;
- Ультрафильтрацию с нанопористыми мембранами (размер пор ≤2 нм) для удаления частиц, бактерий и эндотоксинов;
- Особое внимание уделяется прецизионному мониторингу параметров через IoT-платформы с датчиками в реальном времени (уровень металлов-загрязнителей: Fe, Cu, Zn <0,01 ppb; микробиология: <1 КОЕ/л). Решения интегрируются с системами рециркуляции, сокращая водопотребление на 30–50%, и соответствуют ESG-критериям за счет минимизации химических реагентов и нулевого сброса.
СХЕМА ВОДОПОДГОТОВКИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
