到 2035 年，半导体制造用水量将翻倍

随着极紫外（EUV）光刻技术在现代半导体制造中的核心地位日益凸显，其对电力的巨大需求也引起了业界的广泛关注。分析公司TechInsights此前发布报告，警告称EUV芯片制造工具的电力消耗相当于一个小城市的用电量，预计到2030年，全球晶圆厂的年耗电量将超过5.4万吉瓦（GW），这一数字甚至超过了新加坡或希腊等国家的年耗电量。

然而，公众可能不知道的是半导体制造不仅需要大量的电力能源，还需要大量的水。IDTechEx的最新报告《可持续电子和半导体制造 2025-2035：参与者、市场、预测》预测，随着集成电路需求的不断增长，到 2035 年，半导体制造业的用水量将翻一番。仅在 2023 年，半导体巨头台积电就报告了惊人的 1.01 亿立方米的水消耗量，凸显了这个快速增长行业的用水量之大。

此外，随着节点技术的进步，制造工艺步骤的数量也在增加，单晶圆工具的使用也取代了批量工具，这使得减少用水量的任务既具有挑战性，也更加关键。由于许多半导体工厂位于水资源严重匮乏的地区，如中国台湾和亚利桑那州，因此半导体制造商必须采取行动，减少这种巨大的消耗，作为更广泛地寻求可持续电子产品的一部分。

半导体制造商的水管理非常复杂，因为制造过程中对水的纯度要求极高，因此被称为超纯水(UPW)。然而，正在实施的水管理技术有可能缓解水资源短缺的担忧，同时降低运营成本。

半导体制造过程中实施的水系统的简化图。来源：IDTechEx

增加再生水用量

目前，大多数半导体制造商都在某种程度上回收或再利用水，并制定了年度目标，以提高当前的水再利用水平并应对不断增加的取水率。NXP、Onsemi 和 TI 等许多公司现在都在其冷却塔中再利用废水。将废水重新加工成超纯水更加困难，但实施新的水处理系统对于实现半导体制造中水资源使用的可持续性是必要的。SK Hynix在 2020 年至 2023 年期间将其再利用水量增加了 51%，部分原因是 3 家晶圆厂的水资源压力被归类为“高”或“中高”。预计这还将通过减少市政用水来降低运营成本。

用水效率

工艺优化还可以减少用水量。许多半导体制造商都将减少每片晶圆的用水量作为可持续发展和消除水资源短缺风险的关键目标。这对一些制造商来说是一个问题，因为对晶圆的需求和复杂性的增加增加了中芯国际等公司每片晶圆的用水量。随着节点技术的进步，降低每片晶圆的消耗变得越来越困难，这通常需要越来越多的工艺步骤。

然而，仅仅减少冲洗时间就能带来大量节约。GlobalFoundries 将蚀刻后的冲洗时间从 10 分钟缩短到 5 分钟，每年可节省 10,000 立方米的水，报告中还有很多例子。

水源多样化

消除水资源短缺风险可以通过水源多样化来实现。安装雨水收集等设施可能会降低运营成本，因为对市政用水的需求会减少。Tower Semiconductor 在其位于德克萨斯州的工厂中利用了干燥室内环境所需的空气除湿技术。中芯国际还利用空调冷凝水和雨水收集来减少市政用水量和相关成本。

这些技术可能只能回收总用水量的一小部分，但仍然具有无价的价值。通过新竹台积电工厂采用的海水淡化技术，海水的利用率可以提高很多。如果工厂靠近海岸，那么利用现场海水淡化技术可以解决许多关于可持续用水的担忧，尽管这需要消耗大量能源。

废水分类

废水分类和分离可间接提高水的再利用率。这是因为它使处理过程更加高效。许多过程可能会将特定污染物引入水中，这些污染物可以通过更简单的水处理进行处理。湿法加工工具供应商 SCREEN 现在可以在其机器内实施排水隔离，以实现废水分类。华邦使用 20 条不同的管道来确保不会发生交叉污染，并允许对污染物进行单独处理。这还可以回收废水中所含的污染物，这在经济上也是有益的。