半导体晶圆示意图(图片来源:Wave Equity Partners)

随着韩国半导体晶圆厂扩产步伐加快,配套用水基础设施需求也在同步上升。对晶圆厂而言,能否在既定选址获得所需水量,正逐渐成为资本开支落地前必须优先确认的关键条件。

从用水规模看,韩国晶圆厂已处于难以与其他大型基础设施直接类比的水平。Kyobo Securities数据显示,按2025年统计口径,Samsung Electronics全球总取水量为1.977亿吨,其中约90%来自半导体业务;SK hynix同期取水量为1.17亿吨。相比之下,Amazon披露的全球数据中心直接取水量为950万吨。

在这一基础上,新一轮扩产还将进一步推高用水需求。今年6月,韩国政府提出“三大超级项目”,将Yongin和西南圈晶圆厂扩产列为投资主轴。Kyobo Securities指出,用水保障和管网审批许可是主要制约因素之一,在韩国,水源能否落实往往是项目推进首先要跨过的一道门槛。

正因如此,晶圆厂内部水回用系统的重要性正在上升。超纯水主要用于晶圆清洗,是工厂内洁净度要求最高的用水,理论上需达到18.2MΩ·cm的电阻率标准。即便仅残留万亿分之一量级的金属离子或微粒,也可能引发线路图形塌陷或器件缺陷。

在此背景下,通过反渗透(RO)、离子交换等工艺,将使用后的水处理后重新达到超纯水标准,并把回用率提升至90%以上的零液体排放(ZLD)高阶水处理方案,正成为大型晶圆厂基础设施建设的重要选项之一。

与此同时,涵盖原水取水、预处理、超纯水供应、废水处理到回用的全流程一体化系统设计,也在行业内加快应用。业内普遍认为,若仅围绕单台设备进行优化,在降低能耗和药剂成本方面的空间相对有限;只有将工艺设计与后续运营一并纳入整体方案,才能兼顾系统稳定性与经济性。

随着先进制程持续微缩,单位晶圆的用水需求还在进一步上升。行业消息称,引入极紫外(EUV)光刻后,芯片结构3D化以及多层金属布线增加,带动化学机械抛光(CMP)次数上升;抛光后残留物清洗需求也随之增加,后清洗工序更频繁地被追加,导致单片晶圆的超纯水消耗显著提升。

此外,单台耗电在1至1.5MW以上的EUV设备,需要通过冷却塔进行降温,蒸发损耗也成为晶圆厂用水消耗中的重要组成部分。随着3D NAND堆叠层数提升至300层以上,用于氮化膜蚀刻的高纯磷酸用量增加,也进一步推升了废液回收和再利用需求。

超纯水标准如今也正从晶圆厂本体延伸至供应商制造环节。一位超纯水设备企业人士表示,随着设备厂商需要直接证明产品性能,其制造工艺达到客户晶圆厂标准已成为“生存策略”;如果未经超纯水精密清洗的设备直接交付晶圆厂,设备本身就可能成为污染源,进而导致制程延误和良率下滑。

从全球范围来看,晶圆厂普遍更早布局再生水配套设施。TSMC位于中国台湾台南的再生水工厂,可将半导体产业废水回收处理至超纯水等级,目前日供水量为2万吨,并计划提升至6.7万吨。Samsung Electronics则在引入地方政府污水处理厂出水后,通过管网输送至晶圆厂水处理设施,再进一步制备为超纯水。

不过,在供水配套落地时间上,韩国相关项目仍存在一定时差。Yongin综合管网一期31万吨供水能力规模预计于2031年投运供水,Samsung国家产业园二期60万吨供水能力规模预计于2035年投运供水。与“5年内将半导体产能提升至2倍”的目标相比,正式供水时间点之间仍有间隔。

Kyobo Securities分析称,相关项目由政府主导推进,供给被取消的可能性较低,但在与地方政府协商以及审批推进过程中,仍可能出现延误。该机构还指出,随着Yongin和西南圈扩产推进,回用水和超纯水基础设施需求也将同步扩大;“水竞争力”不仅是半导体产能扩张的前置核查条件,也将带动整个水基础设施价值链需求上升。

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