半导体水中总有机碳的最优控制

半导体芯片制造是世界上最复杂、最精密的工艺之一，需要极其清洁的环境，而超纯水（UPW）是制造晶圆所有步骤的关键组成部分。用于半导体制造的超纯水比制药和医疗设备等其他行业使用的水清洁1.000倍，是地球上最为纯净的一种水。

随着人工智能、半自动驾驶和电动汽车以及其他技术的不断进步，各行业对半导体芯片的需求达到了前所未有的高度。根据半导体行业协会的数据，2024年2月半导体芯片的全球销售额达到了462亿美元，同比增长16.3%。

世界各地的公司都需要更多、更高性能的半导体。而制造它们并非易事，需要对超纯水进行严格的工艺控制和污染监测。

用于测量有机污染物浓度的总有机碳（TOC）是监测超纯水纯度和工艺效率的关键参数之一。虽然有机碳存在于所有天然水源中，但它会严重影响半导体制造工艺，导致缺陷、产量降低，甚至可能完全停产，而停产一小时的成本可能高达125,000美元。监测有机污染有助于确保芯片质量，并为整个超纯水工艺管理提供出色的控制点。随着半导体技术的进步、特征尺寸的减小和设计的复杂化，对TOC污染的容忍度变得更加严格，因此，有效的TOC控制成为了半导体制造商的首要任务。

半导体行业对超纯水中TOC水平的要求通常在十亿分之一（ppb）的低范围内，一些关键工艺甚至要求TOC浓度低于1 ppb。设备和系统国际路线图会定期发布有关这些限值的更新。超低TOC水平是出于对最小化缺陷和保持高良率的需要，而不是像其他行业那样，仅仅是为了遵从法律规定。

鉴于TOC控制在半导体制造中的重要性，制造商需要深入了解与TOC污染相关的风险和挑战，以及在其超纯水系统中保持超低TOC水平的最有效策略和技术。

未捕获TOC的风险

半导体芯片具有分子级功能，因此，精确监测TOC等污染物是至关重要的。在先进的光刻工艺中，即使是痕量级的有机化合物也会对晶圆表面图案化所涉及的化学反应造成干扰，进而导致缺陷和良率损失。

有机氮化合物（一种特定类型的有机化合物，属于TOC的一部分）在环境中无处不在，可以通过各种来源进入超纯水系统，包括源水、化学添加剂，甚至空气污染物。这些化合物存在于全球的源水中，在当地农业和工业活动频繁的地方尤为普遍。尿素等含氮有机化合物尤其难以从超纯水系统中去除，使用传统的TOC监测技术检测颇具挑战性。目前，随着晶圆厂超纯水系统的回收和再利用工作越来越受到重视，有效控制尿素和其他所谓的“顽固污染物”变得更加重要，因为这些物质的浓度会随着时间的推移在系统中放大。

传统的TOC监测技术，例如基于直接电导率测量的技术，通常不足以检测出超纯水中的有机氮化合物。这些技术通常无法对这些污染物的存在做出反应，导致半导体制造商得到假阴性结果，误认为生产过程是安全的。而使用膜电导技术进行先进的TOC监测是一种成熟的方法，可以准确测量有机氮化合物，并为过程控制提供可靠的TOC数据*。

除了采用先进的TOC监测技术外，半导体制造商还必须实施最佳实践，以防止和去除超纯水系统中的有机氮化合物。这可能包括优化水净化过程，通过反渗透和离子交换有效去除这些污染物；以及实施严格的材料选择和处理协议，最大限度地减少进入超纯水系统的有机氮化合物。

TOC测量误报

所有天然水中都含有各种浓度的溶解盐，这些盐会在水中解离形成带电离子，如氯化物、溴化物、氟化物、亚硫酸盐、硫酸盐、亚硝酸盐和硝酸盐。这些无机离子也会通过半导体晶圆厂内的某些工艺步骤进入超纯水，因此必须加以控制，以防止由此产生的不良加工效果和产品产量损失。使用直接电导技术时，这些无机离子污染物的存在会导致TOC测量结果呈假阳性。而膜电导设备中使用的半透膜可以有效防止这些错误的TOC测量，提供比直接电导设备更出色的TOC过程控制。

直接电导技术的任何假阴性或假阳性测量都会给制造商带来无法承担的风险。

Veolia如何解决TOC难题

Veolia提供全面的解决方案，帮助半导体制造商在其超纯水系统中保持超低TOC水平。Veolia在半导体行业拥有数十年的经验，在超纯水处理和TOC监测方面积累了深厚的专业知识。我们的专家能够提供定制化解决方案，满足先进半导体制造工艺的严格要求。

Sievers M9e和M500e TOC分析仪是Veolia为半导体行业提供的TOC监测解决方案的核心。这些先进的分析仪利用膜电导技术提供准确可靠的TOC测量，精度达到万亿分之一（ppt）。Sievers分析仪基于膜的设计使其能够检测出各种有机污染物，包括尿素等关键有机氮化合物，确保半导体制造商全面了解其超纯水的质量。

通过提供准确、灵敏的TOC测量，Sievers分析仪使半导体制造商能够严格控制其超纯水质量，并将TOC污染导致的工艺中断风险降至最低。除了提供先进的TOC监测设备外，Veolia还与半导体制造商密切合作，帮助优化整个超纯水处理工艺，以实现有效的TOC控制。立即联系我们的专家，了解Veolia如何帮助您解决从半导体制造过程中去除TOC的最棘手挑战。

*J. Rydzewski，《通过应用对不同TOC测量技术的理解来识别关键污染物》。Wafertech 2001执行论坛上的仪器介绍，2001年12月4-5日，俄勒冈州波特兰市。