Water waaruit ionen, deeltjes, organische stoffen enzovoort tot het uiterste zijn verwijderd. Wordt in grote hoeveelheden gebruikt voor het reinigen van wafers; de zuiverheid wordt bewaakt via onder meer de soortelijke weerstand.
Japanse benaming: 超純水
Vakgebied: Procesmaterialen (gassen, chemicaliën)
Ultrapuur water (UPW) wordt in stappen geproduceerd, die elk een andere verontreiniging aanpakken. Na de voorbehandeling verwijdert omgekeerde osmose de meeste opgeloste zouten, organische stoffen en deeltjes. Ionenwisselaarharsen verwijderen daarna de resterende ionen, uv-oxidatie breekt resterende organische moleculen af zodat ze kunnen worden verwijderd, en membraanontgassing verlaagt de hoeveelheid opgeloste zuurstof. Ultrafiltratie vlak bij het gebruikspunt vangt de fijnste deeltjes op. Het afgewerkte water blijft door de distributielus circuleren in plaats van stil te staan in leidingen, omdat stilstaand water verontreiniging van oppervlakken opneemt en bacteriegroei mogelijk maakt.
De zuiverheid wordt vooral gevolgd via de soortelijke weerstand, omdat minder opgeloste ionen een lagere geleidbaarheid betekenen. Zuiver water bevat nog steeds H+ en OH− uit zijn eigen dissociatie, wat een theoretische limiet geeft van ongeveer 18,2 MΩ·cm bij 25 °C; UPW voor halfgeleiders wordt daar zeer dicht bij gehouden, en metingen worden temperatuurgecompenseerd naar 25 °C. De soortelijke weerstand is blind voor ongeladen verontreinigingen, dus totaal organisch koolstof (TOC), deeltjes, opgeloste zuurstof en silica worden afzonderlijk bewaakt op ppb-niveau, deeltjes worden geteld met vloeistofdeeltjestellers, en metalen worden op ppt-niveau gehouden.
Het grootste gebruik is het spoelen van wafers na chemische reinigingen, en reiniging komt steeds terug vóór en na depositie, etsen, implantatie, CMP en ashing, in de orde van 200 keer of meer voor een geavanceerde chip. UPW verdunt ook proceschemicaliën en draagt opgelost ozon voor het verwijderen van organische stoffen bij kamertemperatuur. Bij ArF-immersielithografie laat een film UPW van ruwweg 1 mm tussen de laatste lens en de wafer, met een brekingsindex van ongeveer 1,44 bij 193 nm, de numerieke apertuur tot ongeveer 1,35 oplopen. Elk metaal dat het water meevoert, zou de levensduur van ladingdragers verkorten en gateoxides aantasten.
Een grote fab kan tienduizenden tonnen UPW per dag verbruiken, dus water is een ontwerpbeperking in plaats van een gewone grondstof. Relatief schoon spoelwater wordt teruggewonnen, behandeld en teruggevoerd als voeding voor UPW of als koelwater om het terugwinningspercentage te verhogen, en de beschikbaarheid van water beïnvloedt de locatiekeuze in droge regio's. De productie van UPW kost ook veel elektriciteit voor pompen, membranen en uv-lampen, dus de UPW-installatie hoort, naast de luchtbehandeling van de cleanroom en de afgasbehandeling, tot de nutsvoorzieningen die het energieverbruik van een fab domineren.
Dicht bij 18,2 MΩ·cm bij 25 °C, het theoretische maximum dat wordt bepaald door de eigen dissociatie van water in H+- en OH−-ionen.
Uit gedemineraliseerd water zijn de ionen verwijderd en het kan vrij zuiver zijn, maar UPW voor halfgeleiders gaat verder en verwijdert ook organische stoffen, deeltjes, opgeloste gassen en silica tot ppb-niveau of lager.
Sporen van metalen, ionen, deeltjes of organische stoffen die op de wafer achterblijven, zouden lekstroom, verlies van levensduur en defecten veroorzaken, dus het spoelwater moet schoner zijn dan het oppervlak dat het moet reinigen.
Arsine (AsH3) Fosfine (PH3) Massaflowcontroller (MFC) NF3 (stikstoftrifluoride) Precursor (voorloper) Silaan (SiH4) Speciale materiaalgassen (specialty gases) TMAH