在芯片清洗行业中，DIW 是 Deionized Water（去离子水）的缩写，是一种通过多重净化技术去除水中导电离子（如Na⁺、Cl⁻）、有机物及微生物的高纯度水。其电阻率通常达到 18.2 MΩ·cm（理论极限值），几乎不含任何杂质，是半导体制造中不可或缺的清洗介质。以下是其核心技术原理与应用场景的详细解析：

一、技术原理与制备工艺

DIW 的制备需经过多级精密处理，确保水质达到半导体级标准：

  1. 预处理
    原水通过砂滤、活性炭吸附去除大颗粒杂质及余氯，防止后续树脂中毒。例如，反渗透（RO）膜可截留99%以上的离子及有机物，将电阻率提升至 1-2 MΩ·cm。

  2. 离子交换
    采用强酸性阳离子树脂（去除Ca²⁺、Mg²⁺）和强碱性阴离子树脂（去除SO₄²⁻、NO₃⁻），通过离子置换进一步降低导电离子浓度，使电阻率达到 15-17 MΩ·cm。

  3. 深度纯化

    • 超滤膜（UF）：截留0.01-0.1μm的胶体颗粒及微生物，确保颗粒计数＜1个/mL。
    • 紫外线杀菌：通过254nm紫外光破坏微生物DNA，结合过氧化氢（H₂O₂）氧化分解有机物，使总有机碳（TOC）＜10ppb。
    • 抛光混床：混合阴阳离子树脂进行最终精制，电阻率可达 18.2 MΩ·cm（接近理论纯水）。

  4. 动态监控
    在线电阻率仪、颗粒计数器（如激光散射法）及TOC检测仪实时监测水质，确保符合SEMI F63等行业标准。

二、核心应用场景

DIW 在芯片清洗中承担 物理冲刷 和 化学惰性保护 的双重角色，贯穿制造全流程：

  1. 光刻后清洗
    去除光刻胶残留及显影液污染：

    • 采用旋转喷淋（2000-5000rpm）结合兆声波（1MHz）剥离纳米级颗粒（≤0.1μm），避免直接机械刷洗损伤图形。
    • 例如，在EUV光刻后，DIW冲洗可将表面颗粒数控制在 ≤5颗/cm²，金属污染＜0.1nm。

  2. 刻蚀/沉积后处理
    清除反应副产物（如聚合物、金属残渣）：

    • 配合氮气鼓泡技术（N₂流量5-10L/min）增强冲刷力，同时减少水中溶氧量（DO＜0.1ppm），防止铜互连结构氧化。
    • 某专利工艺中，DIW冲洗结合超声振动使刻蚀后清洗效率提升30%，良率提高至99%以上。

  3. 化学机械抛光（CMP）后清洗
    去除研磨液中的二氧化硅/铜颗粒：

    • 采用多级溢流冲洗（阶梯式DIW浓度梯度），配合兆声波空化效应剥离吸附在深沟槽（如TSV）内的颗粒。
    • 例如，3D NAND闪存清洗中，DIW需加热至40-60℃以提升粘性研磨液的溶解效率。

  4. 最终漂洗与干燥
    作为化学清洗后的终极冲洗介质：

    • 在RCA清洗（SC1/SC2溶液）后，DIW喷淋时间需严格控制在30秒内，避免残留化学液腐蚀晶圆。
    • 干燥阶段采用IPA（异丙醇）蒸气置换或边缘排斥干燥法（Marangoni效应），确保表面无水痕及颗粒二次污染。

三、与其他技术的协同应用

  1. QDR（快速排水冲洗）
    DIW在QDR模块中实现“快冲快排”：

    • 槽体底部快排阀（响应时间＜2秒）配合顶部交叉喷淋（压力0.5-1bar），将晶圆暴露空气时间缩短至≤5秒，抑制自然氧化层（0.5-1nm）生成。
    • 氮气鼓泡（流量10-20L/min）产生微射流效应，增强颗粒剥离并减少DIW含氧量。

  2. RCA清洗体系
    DIW作为SC1（NH₄OH:H₂O₂:DIW）和SC2（HCl:H₂O₂:DIW）的稀释剂及冲洗液：

    • SC1通过铵根离子络合金属离子（如Fe³⁺），DIW冲洗后金属残留＜1e9 atoms/cm²。
    • SC2溶解金属氧化物（如Al₂O₃），DIW最终冲洗确保Cl⁻残留＜1ppb，避免腐蚀CMOS器件。

  3. 酸性预处理
    在HF（氢氟酸）刻蚀自然氧化层后，DIW需以＞5L/min的流速冲洗，防止F⁻残留导致晶圆表面漏电。

四、行业标准与合规性

DIW 设备需满足多重国际规范：

  • SEMI F63：颗粒物＜1个/mL，TOC＜10ppb，电阻率≥18.1 MΩ·cm。
  • ISO 14644-1 Class 5：清洗腔室洁净度适配车规级（AEC-Q200）及医疗级器件生产。
  • 环保要求：纯水循环利用率≥80%，酸碱废液通过中和、离子交换处理后排放，符合RoHS、REACH标准。

五、发展趋势

随着制程向3nm以下演进，DIW技术正朝以下方向升级：

  1. 智能化控制
    集成AI算法根据晶圆缺陷地图动态调整DIW流量、温度及喷淋角度，例如：

    • 某设备通过机器学习优化冲洗参数，使颗粒去除率提升15%，DIW消耗量降低20%。
    • 边缘计算节点实现实时数据追溯，满足ISO 26262功能安全要求。

  2. 绿色制造

    • 低浓度化学辅助：在DIW中添加微量CO₂（浓度50-100ppm）调节pH至5-6，增强金属离子络合能力，减少HF用量。
    • 超临界CO₂清洗：利用CO₂的高扩散性替代部分DIW，实现无水清洗，废液处理成本降低40%。

  3. 多工艺集成
    模块化设计支持DIW与臭氧（O₃）、兆声波等功能叠加：

    • 例如，在刻蚀后清洗中，DIW喷淋→O₃氧化→兆声波剥离的组合工艺，可去除＜0.08μm的颗粒。

总结

DIW 作为芯片清洗的“血液”，凭借超高纯度、化学惰性及物理冲刷能力，在光刻、刻蚀、CMP等关键环节中保障晶圆洁净度与可靠性。其与QDR、RCA等技术的协同应用，以及对SEMI标准的严格遵循，使其成为半导体制造中不可替代的工艺基础。随着智能化、绿色化技术的发展，DIW将持续支撑先进制程的突破，为摩尔定律的延续提供核心保障。