半导体产业是电子信息产业的核心基石，其制程迭代速度遵循“摩尔定律”，当前主流工艺已进入5nm量产阶段，3nm技术逐步落地。在先进制程中，晶圆表面的微小污染物（如金属离子、有机杂质、微粒）会导致光刻图形畸变、器件漏电、介电层击穿等致命缺陷，直接影响芯片良率与可靠性。超纯水作为半导体制造中唯一直接接触晶圆表面的“通用溶剂”，其纯度控制已成为制程突破的关键瓶颈之一。
传统超纯水制备技术多依赖“预处理+反渗透（RO）+离子交换（IE）+终端过滤”工艺，存在离子交换树脂再生频繁、TOC去除不彻底、能耗高、运维复杂等问题，难以适配先进制程对水质稳定性与低能耗的双重需求。博清生物基于“膜分离-电去离子（EDI）-高级氧化”集成技术，开发了超纯水机，通过优化预处理单元、采用抗污染RO膜与高效EDI膜堆、引入紫外（UV）高级氧化TOC去除模块，实现超纯水的高效制备与稳定供应。
一、半导体制造对超纯水的核心需求
半导体制造流程涵盖晶圆制备、光刻、蚀刻、CMP、薄膜沉积、封装测试等数十个环节，不同环节对超纯水的水质要求存在差异化，但核心指标均需符合SEMI（国际半导体产业协会）制定的超纯水标准。
（一）关键水质指标要求
1、电阻率：反映水中离子含量，半导体制造要求超纯水电阻率达到理论最大值 18.25MΩ・cm（25℃），避免离子残留导致器件漏电；
2、总有机碳（TOC）：有机杂质会在光刻过程中与光刻胶反应，形成难以去除的残留物，因此要求TOC≤10ppb；
3、微粒：粒径≥0.1μm的微粒会附着于晶圆表面，导致光刻图形缺陷，要求每毫升超纯水中微粒数量≤1个；
4、金属离子：Na⁺、K⁺、Fe³⁺、Cu²⁺等金属离子会扩散至半导体晶格，改变器件电学性能，要求浓度≤0.1ppt。
（二）典型工艺环节的差异化需求
1、晶圆清洗环节：需超纯水具备强洁净能力，且无二次污染，要求TOC≤10ppb，避免清洗后晶圆表面残留杂质；
2、化学机械抛光（CMP）环节：超纯水用于稀释抛光液与冲洗抛光残留物，需稳定的电阻率（18.25MΩ・cm）与低金属离子含量，防止抛光液组分失效；
3、薄膜沉积环节：超纯水用于清洗沉积腔体，要求 TOC≤10ppb，避免有机杂质影响薄膜纯度与附着力。
二、超纯水机的技术体系与创新点
博清生物超纯水机采用“预处理-核心净化-终端精制-智能控制”四级工艺架构，针对半导体制造的水质需求进行技术优化，其核心技术体系如下：
（一）预处理系统：保障核心单元稳定运行
预处理单元采用“多介质过滤+活性炭吸附+精密过滤”三级设计：
1、多介质过滤：以石英砂、无烟煤为滤料，去除进水中的悬浮物、胶体颗粒，降低浊度至≤0.1NTU，避免后续RO膜堵塞；
2、活性炭吸附：采用柱状颗粒活性炭，吸附水中余氯、部分有机物，防止RO膜被氯氧化降解；
3、精密过滤：采用聚丙烯滤芯，截留残余微粒，确保进入RO单元的进水浊度≤0.05NTU。
（二）核心净化单元：实现高纯度水质制备
核心净化单元整合“反渗透（RO）+电去离子（EDI）+紫外高级氧化（UV-TOC）”技术，是超纯水纯度提升的关键：
1、反渗透（RO）模块：采用抗污染型芳香族聚酰胺复合膜，操作压力0.6-0.8MPa，水温25℃条件下，脱盐率≥99.8%，TOC去除率≥80%，将进水电阻率从0.1MΩ・cm 提升至5-10MΩ・cm；
2、电去离子（EDI）模块：采用均相离子交换膜堆，通过电场作用实现离子的连续去除，无需树脂再生，电阻率提升至15-18MΩ・cm，金属离子去除率≥99.99%；
3、紫外高级氧化（UV-TOC）模块：采用 185nm/254nm双波长紫外灯，185nm紫外线产生羟基自由基，氧化分解水中有机污染物，TOC去除率≥95%，将TOC降至0.5ppb以下。
（三）终端精制系统：保障水质无二次污染
终端精制单元采用“超滤（UF）+混床离子交换树脂”设计：
1、超滤模块：采用聚醚砜（PES）中空纤维膜，孔径0.02μm，截留水中微粒与细菌，去除率≥99.9%；
2、混床离子交换树脂：采用核级均粒树脂，进一步去除残余离子，确保电阻率稳定达到18.2MΩ・cm。
（四）智能控制与监测系统
设备搭载PLC控制系统与触摸屏，具备以下功能：
1、实时监测：在线监测电阻率、TOC、流量、压力、水温等关键参数，数据采样频率1次/秒，超标时自动报警；
2、智能调节：根据进水水质波动自动调整RO运行压力、EDI电流、UV灯功率，保障水质稳定；
3、运维管理：记录设备运行数据，支持远程运维，提示滤芯更换、UV灯寿命等维护节点。
三、技术优势分析
与传统超纯水设备相比，博清生物超纯水机的核心优势体现在三方面：
（一）水质稳定性：通过“RO+EDI+UV-TOC”集成技术，避免离子交换树脂再生导致的水质波动，实现电阻率与TOC的长期稳定；
（二）低能耗与环保：EDI模块无需酸碱再生，减少化学试剂消耗与废水排放；抗污染 RO 膜降低运行压力，单位产水能耗显著低于传统设备；
（三）智能运维：在线监测与远程运维功能减少人工干预，降低半导体制造中的人为误差风险。
四、应用局限性与改进方向
当前设备在3nm及以下更先进制程中的应用仍需优化：
TOC 控制：3nm制程要求TOC≤0.2ppb，需进一步提升UV-TOC模块的氧化效率，可考虑引入臭氧协同氧化技术；
微粒控制：需开发孔径更小（0.01μm）的超滤膜，满足≤0.05μm微粒的去除需求。
未来可通过优化TOC与微粒去除模块，进一步适配3nm及以下制程的需求，为电子行业半导体制造的技术突破提供关键支撑。
