ASTM D5127-13 Standardhandbuch für Reinstwasser zur Verwendung in der Elektronik- und Halbleiterindustrie

Der von der American Society for Testing and Materials (ASTM) veröffentlichte Standard „ASTM D5127-13 Standard guide for ultrapure water used in the electronics and semiconductor industries“ beschreibt Empfehlungen zur Wasserqualität im Zusammenhang mit der Produktion in der Elektronik- und Halbleiterindustrie.

Dieser Standard umfasst sieben Wasserklassifizierungen, darunter Wasser für Linienbreiten von nur 0,032 Mikrometern. In allen Fällen beziehen sich die Empfehlungen auf das Wasser am Verteilungsort.

Wasser wird während der Produktion zum Waschen und Spülen von Halbleiterbauelementen verwendet. Wasser wird auch für Reinigungs- und Ätzprozesse, zur Erzeugung von Dämpfen zur Oxidation von Siliziumoberflächen, zur Herstellung von Fotomasken und zur Abscheidung von Leuchtstoffen verwendet. Weitere Anwendungen sind die Entwicklung und Herstellung von Festkörperbauelementen, Dünnschichtbauelementen, Kommunikationslasern, Leuchtdioden, Fotodetektoren, gedruckten Schaltungen, Speicherbauelementen, Vakuumröhrenbauelementen oder Elektrolytbauelementen.

Benutzer, die andere Wasserqualitäten als die hier beschriebenen benötigen, sollten andere Wasserstandards beachten, beispielsweise ASTM D1193-06 Standard Specification for Reagent Water und ASTM D5196-06 Standard Guide for Bioapplication Grade Water.

Für die Zwecke dieser Norm gelten zusätzlich zu den in der Norm „ASTM D1129-13 Standardterminologie für Wasser“ angegebenen Begriffen und Definitionen die folgenden Definitionen:

• Die Gesamtbakterienzahl ist die Gesamtzahl der in der angegebenen Probe vorhandenen kultivierbaren Mikroorganismen, bestimmt gemäß den Standardtestmethoden ASTM F1094, ausgenommen obligat anaerobe Organismen.
• Der gesamte organische Kohlenstoff (TOC) bezieht sich auf den Kohlenstoff, der gemessen wird, nachdem die anorganische Kohlenstoffreaktion durch eine der vorgeschriebenen ASTM-Testmethoden eliminiert wurde.

Diese Norm empfiehlt die erforderliche Wasserqualität für die Elektronik- und Mikroelektronikindustrie. Um eine Verunreinigung der Produkte während der Produktion zu verhindern, ist hochreines Wasser erforderlich, da eine Verunreinigung nicht akzeptabel ist und zu einer geringen Effizienz elektronischer Geräte führen kann. Der Reinheitsbereich des Wassers wird entsprechend dem Produktionsprozess definiert. Ultrareine Wassertypen werden durch die Gerätelinienbreite definiert. In allen Fällen gelten die Empfehlungen zur Wasserqualität am Verteilungsort. Die Kontaminationsgrenzen hängen von den aktuellen Kontaminationsspezifikationen und den verfügbaren Analysemethoden ab (durchgeführt in einem geeigneten Reinraumlabor oder mit Online-Instrumenten). Online- und Offline-Methoden werden gemäß der aktuellen Branchenpraxis eingesetzt. Um Verunreinigungen in den in der Tabelle „Wasseranforderungen an die Verteilungsstellen in der Elektronik- und Halbleiterindustrie“ der Norm angegebenen Konzentrationen zu messen, muss die Probe möglicherweise konzentriert werden.

Dieser Standard beschreibt sieben Arten von Wasser in elektronischer Qualität. In allen Fällen gelten die Empfehlungen zur Wasserqualität am Verteilungsort. Die Einteilung ist wie folgt:

• Typ E-1: Dieses Wasser ist als Mikroelektronikwasser zur Verwendung bei der Herstellung von Geräten mit Linienbreiten zwischen 0,5 und 1,0 µm klassifiziert.
• Typ E-1.1: Dieses Wasser ist als Mikroelektronikwasser zur Verwendung bei der Herstellung von Geräten mit Linienbreiten zwischen 0,25 und 0,35 µm klassifiziert.
• Typ E-1.2: Dieses Wasser ist als Mikroelektronikwasser zur Verwendung bei der Herstellung von Geräten mit Linienbreiten zwischen 0,09 und 0,18 µm klassifiziert.
• Typ E-1.3: Dieses Wasser ist als Mikroelektronikwasser zur Verwendung bei der Herstellung von Geräten mit Linienbreiten zwischen 0,065 und 0,032 µm klassifiziert. Dieser Typ ist das in der Praxis am besten reine Wasser, das in großen Mengen produziert wird und für die kritischsten Anwendungen in der Mikroelektronik konzipiert ist.
• Typ E-2: Dieses Wasser wird als Mikroelektronikwasser zur Verwendung bei der Herstellung von Geräten mit Abmessungen zwischen 1 und 5 µm klassifiziert.
• Typ E-3: Diese Wasserklasse wird als Makroelektronikwasser klassifiziert und ist für die Herstellung von Geräten mit Abmessungen über 5 µm vorgesehen. Mit dieser Qualität können größere und einige kleinere Komponenten hergestellt werden, die nicht durch Spurenverunreinigungen beeinträchtigt werden.
• Typ E-4: Diese Klasse kann als Wasser klassifiziert werden, das bei der Herstellung von Beschichtungslösungen und anderen Anwendungen verwendet wird, bei denen das verwendete Wasser von geringerer Qualität sein kann.

Die Komponenten des Wassersystems, das zur Herstellung von Wasser in Elektronikqualität verwendet wird, sollten in fünf allgemeine Prozessabschnitte gruppiert werden, um die Organisation der Systemkomponenten zu vereinfachen. Diese Vorgänge sind wie folgt:

• Vorbehandlung: Behandlungen in dieser Gruppe umfassen die Zugabe verschiedener Arten von Koagulanzien, Flockungsmitteln, Klärmitteln, Absetzbecken und Partikelfiltersystemen (einschließlich Sandfiltern, Einwegfilterelementen, Ultrafiltrationsmembranen und anderen Systemen zur Partikelentfernung). Adsorptions- oder Auffangbetten können Grünsand, Aktivkohle und eine Vielzahl synthetischer Materialien enthalten, die speziell für bestimmte organische und anorganische Verunreinigungen geeignet sind.
• Entsalzung: Dieser Prozess ist für die Herstellung aller Sorten von Reinstwasser von grundlegender Bedeutung und kann Ionenaustausch, Umkehrosmose, Elektrodialyse, kontinuierliche Elektrodenionisation oder mehrere Prozesse aller oben genannten umfassen. Die Größe der Anlage bestimmt die Wahl der Kombination der Entsalzungsverfahren. Dabei sind verschiedene Konfigurationen unterschiedlicher Prozesse zu berücksichtigen, darunter Zweibett- und Mischbett-Entsalzung, mehrstufige Umkehrosmose unter Einsatz verschiedener Membrantypen, Elektrodenionisation und Elektrodialyse.
• Systeme zur Entfernung organischer und biologischer Stoffe: Die Entfernung biologischer und organischer Verunreinigungen ist eine wichtige Ergänzung für jedes System zur Aufbereitung von Reinstwasser. Gelöste organische Verbindungen können sich zusätzlich zu ihrer Anwesenheit im ursprünglichen Wasser während der Verarbeitung im System ansammeln. Zu den Methoden zur Minimierung von Biofouling gehören die Zugabe von Wasserstoffperoxid und Ozon. Um die maximale Wirkung der Bestrahlung zu erzielen, müssen Variablen wie Wasserdurchfluss und Trübung sowie der Grad bestimmter Verunreinigungen wie Eisen, Humin- und Flusssäure berücksichtigt werden. Der gesamte organische Kohlenstoff nimmt ab, wenn organische Stoffe zerstört werden.
• Partikelentfernung: Die Partikelentfernung bei der Produktion von Reinstwasser unterscheidet sich von der Vorbehandlung, bei der große Schwebstoffe entfernt werden. Alle Arten von Partikeln (biologisch, organisch oder anorganisch) haben einen erheblichen Einfluss auf die Produktion elektronischer Komponenten. Verfahren zur Entfernung von Partikeln bestehen im Allgemeinen aus der Verwendung einer flachen, zylindrischen oder gefalteten mikroporösen Membranstruktur.
• Speicher- und Verteilungssystem: Die Lagerung von Wasser in Elektronikqualität während der Produktion ist von entscheidender Bedeutung, da dem Wasser Verunreinigungen im Verhältnis zur Löslichkeit der Verunreinigungen, der Kontaktfläche und der Kontaktzeit zwischen Wasser, Luft, Haltematerialien oder Kombinationen davon hinzugefügt werden. Da es wichtig ist, den Wasserkontakt mit dem Vorratsbehälter zu minimieren, sollte auch das Vorratsvolumen minimiert werden. Um die Atmosphäre über dem gespeicherten Wasser zu bedecken, sollte hochreiner Stickstoff verwendet werden.

Unsere Organisation, die seit Jahren versucht, Unternehmen aus allen Branchen mit einer breiten Palette von Test-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien zu unterstützen, verfügt über einen starken Mitarbeiterstamm, der die Entwicklungen in der Welt der Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgt und sich ständig verbessert. In diesem Zusammenhang werden für Unternehmen auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm „ASTM D5127-13 Standardleitfaden für Reinstwasser zur Verwendung in der Elektronik- und Halbleiterindustrie“ angeboten.