台灣是世界知名的半導體王國,半導體產業占了GDP將近15% (資料來源:台灣經濟研究院2020數據),在半導體產業中,許多製程需要使用到超純水,一如摩爾定律的預期,每片晶圓上可生產的電晶體(IC)數量隨著技術進步快速的增加,因此水質對製程的影響也越來越重要,只要水中有微量的雜質存在就有可能影響最終的良率。
至於半導體產業中哪些流程需要使用超純水呢?
我們將半導體的製程簡單歸類在下圖中:

半導體產業製程簡圖
由上圖中可以發現,無論是製程中使用的化學原料,以至晶圓本身製造、加工以至於封裝測試都會有使用到超純水的機會,至於所使用到的水質如何規範?
根據美國材料試驗組織(ASTM)所提出的ASTM D5127-07 「電子與半導體工業所使用超純水標準指引 (Standard guide for ultra-pure water used in the electronics and semiconductor industries) 」,將建議的水質依照製程線寬(linewidth)分類為六種:

ASTM D5127-07 半導體用水規範
以2021年的先進製程來看,目前台積電已發展到10nm(0.01μm) 以下製程,屬於表中Type E-1.2 的等級。
將規格項目與其可能產生的影響整理大致整理如下表格:

汙染物對半導體製程的影響
至於在進行各項水質的檢測時,常常需要使用乾淨的超純水作為空白樣品分析或是配藥,使用製程用水做檢驗用水會有球員兼裁判的疑慮,如果製程水中有汙染物,將同時存在空白樣品與待測樣品中,很容易會造成誤判進而影響製程。
因此,為了確保檢驗的獨立與正確性,往往必須使用獨立、經過確校驗證的超純水系統來當作檢驗用水的來源。
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Milli-Q IQ7000產生超純水規格

IQ 7000 + IQ element 產生超純水,經Agilent ICP-MS8900分析所得數據