2026/09/01

晶片品質從水開始：為何超純水如此重要？

在先進半導體製程中，超純水（UPW）已從單純的沖洗介質，躍升為須以製程化學品等級進行控管的關鍵材料。參考SEMI F63、ASTM D5127等標準，UPW中的金屬、TOC、微粒、微生物等指標須符合高規格要求，以維持製程潔淨與晶圓品質。近年在環保壓力與用水成本考量下，業者陸續導入UPW回收再利用系統，並面臨回收水的品質穩定性與污染控管挑戰。

超純水（Ultra-Pure Water, UPW）

在半導體製程中，超純水的重要性與製程化學品旗鼓相當，從晶圓清洗、蝕刻、化學機械研磨（CMP）到光阻去除等製程，皆會使用到超純水，可稱之為關鍵製程材料。超純水的品質直接影響晶圓良率與元件可靠度，因此確保超純水的品質穩定，是半導體產業鏈運作的基礎。

UPW在半導體製程中的角色

UPW在半導體製程中幾乎貫穿整個晶圓製造流程，可視為使用量高的化學品之一。

下列是UPW在半導體中主要應用：

晶圓清洗：為後段濕式清洗用的沖洗劑，確保無離子或化學殘留
化學機械研磨（CMP）：拋光後立即使用，去除Slurry、微粒、金屬雜質
化學品稀釋：使用於製備SC-1、SC-2、BOE等溶液
沖洗與乾燥：製程尾端/中間步驟後的沖洗，進入乾燥階段前的清潔

UPW品質指標與標準

為達到半導體製程的極高潔淨需求，半導體業參考各標準，定義廠內UPW的品質指標，應用於先進製程中的UPW系統設計與品質控管。以下為半導體UPW的建議規格指標，實務上須依製程的線寬需求調整，確保關鍵製程穩定與良率維持：

測試項目	建議規格	可能的影響/問題
電阻率 (Resistivity)	>18.18 MΩ·cm (25^oC)	帶入離子污染(如Na⁺, Cl^-)，形成導電通道、腐蝕金屬線路、可靠性下降…
總有機碳 (TOC)	<1 μg/L	晶圓表面碳基污染、光阻脫膠、乾燥後圖形崩塌…
微粒子數 (Particles)	<200 particles/L (particle size >0.05 μm)	微粒遮蔽圖形、形成defect、干擾CMP平坦度、光阻層厚度均勻性…
金屬含量	<1-10 ng/L (依元素而異)	金屬離子遷移、閘極漏電(gate leakage)…
離子含量	<50 ng/L (依離子而異)	影響介電常數、腐蝕導線、加速aging…
SiO₂/Si矽化合物	<50 ng/L	殘留在晶圓表面造成斑點、 patterning缺陷、光阻接觸異常…
微生物	<1 CFU/100mL	膜厚異常、有機雜質增加…

Ref. Wikipedia 2026/08/24

挑戰與趨勢

隨著FinFET向GAA結構轉進、高堆疊3D NAND製程擴張、以及環境永續的要求日益嚴峻，不僅須持續精進UPW的品質控管，更要考慮UPW的回收、節能、再利用等議題。

更嚴苛的水質需求：隨著製程線寬進入3nm、2nm節點以下，UPW中容許的TOC、微粒子、金屬等雜質幾乎趨近於零容忍。
水回收與再利用：在環保與成本壓力下，提升UPW/廢水回收純化再利用率，如半導體大廠透過水資源管理策略，透過適當的廢水分類與超純水回收系統，讓每滴水平均可使用5次。