饥渴芯片厂：
芯片制造，是一个饥渴的行业，生产一张12寸的硅片，要用掉8吨水，能装满一台洒水车，台积电一天用水15万吨，相当于每天抽干80个泳池，因特尔一年用水3400万吨，等于每年吸干2.5万个西湖，芯片厂要这么多水干什么呢？一部分，冷却降温，一部分，配置溶剂，更多的用来给芯片洗澡，
在被封装保护前，娇嫩的芯片有着严重的洁癖，所以动辄上千道工序的芯片生产中，有30%都在重复一件事情，湿法清洗，用大量的水和化学溶剂，清洗硅片，去除上一道工序的残留，为下一步做准备，光刻熏蒸前要清洗，曝光显影后要清洗，高温扩散前要清洗，湿法刻蚀后更要清洗，不过芯片的洗澡水，可不是普通的水。
水在我们的生活中随处可见，我们常喝的饮用水，每升含有100毫克以上的金属元素，大部分以离子形态溶于水中，它们是水之所以导电的原因，也决定了一杯水的风味与口感，水有点苦，通常镁离子偏高；水有点涩，一般铁离子过剩；水有点咸，因为钠离子属盐，水中溶解的除了金属离子，还有气体，只要这杯水还在大气层，里面就会溶解氧，二氧化碳等各类气体，而不溶于水的杂质就更多了，比如细小颗粒物和各种微生物，天然矿泉水中，存在一定量的藻类和细菌，瓶装矿泉水虽然会经过额外的灭菌处理，但也只是控制菌落总数不超标.
尽管水中有怎么多乱七八糟的东西，对于人类而言，一杯水，只要致病菌不过量，矿物质不超标，那就叫干净又卫生，可对于芯片来说，水里的这一丁点杂质，确实邋遢又致命，金属离子会影响器件的阈值电压；溶解气体，会干扰硅片的氧化覆膜，细菌有机物能引起PN结的短路漏电，细小颗粒物，会导致硅片的表面缺陷，因此能接触芯片的水，必须是超纯水。什么是超纯水？就是比纯净水还要干净卫生，比蒸馏水还要滴滴清纯的纯粹的水。没有金属离子，没有气体尘埃，没有细菌病毒，只有氢氧元素组成的水，以我们目前的科技水平，能量产出来最纯的水，是半导体超纯水，它的各项指标，比医用无菌注射水要严格数百倍。
捕获中微子：
当然超纯水除了用于医疗制药，生产芯片，还能用来探索宇宙，全世界最有名的超纯水系统在日本神冈町地下1000米的废弃矿山里，东京大学在这里建了一个直径40米的巨型水桶，桶内是5万吨不断循环的超纯水，四周遍布的金球，则是一个个光电倍增管，用来捕捉宇宙中微子的踪影，这些幽灵粒子可穿透万物，只有在水中恰好遇上氢氧元素的原子核或电子时，才会引发切伦夫辐射，产生一丝微光，中微子的这一点光亮，实在太过微弱，因此水中不能有任何杂质，否则就会被阻挡吸收，这就是用来观测超新星爆发，研究太阳中微子的超级神冈探测器，为日本赢得了02年的诺贝尔物理学奖，神冈团队还在计划扩建一个更大的探测器，要用26万吨的超纯水，在2027年打造一个更大的超纯水桶，来窥探更多的宇宙奥秘.
制备超纯水：
那芯片厂是如何生产超纯水的呢？这里面至少要经历三个阶段，自来水净化成为纯水，纯水超净化成为超纯水，第一阶段又叫水质预处理，使用多介质过滤器和超滤设备，来去除水中的绝大部分颗粒物，悬浮物和胶体，除此之外，还要加入活性炭过滤器来吸附有机物，或者亚硫酸氢钠来去除游离氯等氧化性物质，当完成各种物理过虑和化学软化后，还要通过两次反渗透膜进行脱盐，来去除水中的各种无机盐，以及侥幸逃出过滤的有机物和微生物.
在预处理之后，进入第二步的主处理阶段，这里的净水方法，除了前面的过滤和逆渗透，还包括紫外灯照射灭菌和氧化分解有机物，来进一步降低水体中的总有机碳成分，同时还要用连续电解除盐技术（EDI/CEDI)，来解决水中剩余的阴阳离子，最后用真空除气机和多级脱气膜，来去除水中的各类溶解气体，到此，芯片厂就把自来水提炼成了纯水，暂时储存在充满氮气的纯水槽中，
而从纯净水到超纯水，还要经历第三步，水的抛光处理（polish），也就是精制处理阶段，这一部分简单说就是前两步的梅开二度，要把之前出现过的各种净水装置再度集结在一个管道系统中，让纯水在其中高速循环，再来亿遍，确保纯水成为超纯水，并在无限循环中保持纯度，直到在用水点被取出，用来造芯片.
经过这么一番折腾，自来水在净化过程中，要损失3-4成水量，才能成为超纯水，同时芯片生产过程，极其费水，大量超纯水不仅用于湿法清洗，还包括了浸没式光刻，配置刻蚀溶液，化学机械抛光（CMP），硅片切割降温等等工序，所以说芯片制造是一个饥渴的行业，对于水质和水量的要求都极其高.
我国芯片厂的分布，以南方为主，尤其集中在长三角地区，这里面水资源是原因之一，芯片厂的选址很重要，要考虑环境在内的多种因素，同样的机器设备和工艺流程，搬到不同的地方，生产良率和芯片质量就可能不一样，这不是什么玄学，但每个地方的风水不同，风指的是气流循环，即芯片生产的无尘间，要通过风机过滤组（FFU），不断循环外部补充的空气来维持洁净度，如果当地大气污染严重，会影响厂房内部的空气质量，水也是如此，如果原水的质量不高，那净化出的超纯水品质也会有区别.
此外厂房所在地的温度，海拔，地表微震动等因素，都可能对芯片良率产生南橘北枳的影响，所以位于环太平洋地震带的宝岛台湾，缺乏大江大河降雨多靠台（季）风，从地理角度考虑，并不是理想的芯片厂基地，去年春夏之交，没有台风登岛，导致了严重的干旱，让台积电不得不每天动用100多辆卡车运水，才勉强维持了芯片生产。
检测超纯水：
回到超纯水的生产，光有各种净化过滤的手段还不够，你怎么知道水里的杂质都清除干净了呢？这就需要对水质进行极其精密的检测：比如测PH值，芯片既不耐酸也不耐碱，再比如测量溶解氧和二氧化碳的浓度，芯片很讨厌水中的溶解氧，它会导致硅的表面形成一层氧化硅，影响器件的性能和良率，对于芯片而言，水里的一切化学成分，几乎都有毒，比如硅会导致硅片缺陷；硼会导致硅片掺杂；氯会影响化学沉积；各种金属离子，则会改变晶体管的电特性，
所以芯片厂的超纯水系统，要配备多种水质分析仪，对水的微量成分进行实时检测。比如水的电阻率，就是直接反映水质的一个参数，生活中我们常说水是导电的，但实际的导电物质主要是水中的金属矿物质，水体杂质成分越少，水的电阻率就越高，海水电阻率约20Ω.cm，自来水电阻率约200Ω.cm，医用无菌注射水的电阻率高于770KΩ.cm,而半导体级超纯水的电阻率，需要大于18.18MΩ.cm，这就是个绝缘体，
电阻率之外，芯片厂的水还需要检测，总有机碳含量，简称TOC（Total Organic Carbon),它是水中各种有机污染物的总和，也是超纯水中残留最多的杂质成分，相对含量超过杂质总量的90%，TOC偏高，会给芯片生产造成各种麻烦，比如在硅片氧化时，导致成模质量低下，在浸没式光刻时，造成光刻机镜头的雾化，在高温制程中，产生碳化颗粒物等等，因此芯片厂会实时检测TOC，通常是先用紫外线照射水样，使含碳有机物分解，产生二氧化碳，导致水中电导率的轻微变化，再以此计算出TOC含量，根据2015年的半导体技术蓝图（ITRS），超纯水的TOC含量要小于10亿分之一（1ppb),这个检测难度，相当于在500升的豪华浴缸中放满水，然后喝出来里面放了一粒盐，
和前面提到的测量相比，最麻烦的是微生物含量检测，因为通常需要先对水体采样，在培养皿上，培养出菌落后，再通过菌落的数目，来间接判断水质，这种培养皿法的样本误差大，耗时数天，无法进行实时的监控，目前更先进的技术手段，是光谱测量法，利用微生物体内的代谢物，如辅酶1与核黄素，在接受特定波长光照射时所释放出的特殊荧光，来对微生物进行直接测量和统计，
检测技术和仪器精度很重要，因为它们决定了水质纯化的极限，半导体行业在制定超准水标准时，常常会被仪器的检测极限所限制，比如TOC的最小量程，是200亿分之1（0.05ppb),低于这个数值连最精密的分析仪，都无法检测出来，也就无从对水质做进一步的控制和纯化，而随着芯片工艺继续向着2纳米，1纳米迈进，业内对于超纯水的纯度要求还会更高，驱使着我们不断探索水的提纯极限。
好喝吗？
OK，最后回答大家最关心的问题，超纯水好喝吗？fab里的水我没有喝过，但实验室里的超纯水我尝过，一点也不好喝，完全没有味道，水之所以喝起来像水，或者说我们所熟知的水味，并不来自于水，而是取决于水中微量的矿物质，去除了所有杂质的超纯水，对于味蕾来说，就是一种陌生的单调和极致的无聊，因为物质在水中的迁移率，取决于浓度差，由于超纯水的杂质浓度为零，所以溶解力和清洁效果极强，很适合作为芯片洗澡水，能轻易把硅片上的各种东西一波带走，
但是作为饮用水，它虽然无毒，却能把你榨干，这种水在人体消化道走一圈，会吸走体内的矿物质和微量元素，如果只是偶尔在实验室里偷喝一点，只要不被导师抓到，一般不会危及生命，但是长期或大量饮用超纯水，会造成体内严重的电解质失衡，有生命危险。所以喝的水要干净，但不能完全干净，这一点，我们的老祖宗早就说过了，水至清则无鱼。
