Guide standard ASTM D5127-13 pour l'eau ultrapure destinée à être utilisée dans les industries de l'électronique et des semi-conducteurs

La norme « ASTM D5127-13 Standard guide for ultrapure water used in the electronics and semiconductor industries » publiée par l'American Society for Testing and Materials (ASTM) décrit les recommandations relatives à la qualité de l'eau liées à la production de l'industrie électronique et des semi-conducteurs.

Cette norme comprend sept classifications d’eau, y compris l’eau pour des largeurs de ligne aussi faibles que 0,032 micron. Dans tous les cas, les recommandations concernent l’eau au point de distribution.

L’eau est utilisée pour laver et rincer les composants semi-conducteurs pendant la production. L'eau est également utilisée pour les processus de nettoyage et de gravure, la génération de vapeurs pour l'oxydation des surfaces de silicium, la préparation de photomasques et le dépôt de matériaux luminescents. D'autres applications sont le développement et la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs, de dispositifs à couches minces, de lasers de communication, de diodes électroluminescentes, de photodétecteurs, de circuits imprimés, de dispositifs de mémoire, de dispositifs à tubes à vide ou de dispositifs électrolytiques.

Les utilisateurs nécessitant des qualités d'eau différentes de celles décrites ici doivent se référer à d'autres normes sur l'eau telles que la spécification standard ASTM D1193-06 pour l'eau réactive et le guide standard ASTM D5196-06 pour l'eau de qualité bioapplication.

Aux fins de la présente norme, en plus des termes et définitions donnés dans la norme « ASTM D1129-13 Terminologie standard pour l'eau », les définitions suivantes s'appliquent :

• Le nombre total de bactéries est le nombre total de micro-organismes cultivables présents dans l'échantillon spécifié, déterminé conformément aux méthodes d'essai standard ASTM F1094, à l'exclusion des organismes anaérobies obligatoires.
• Le carbone organique total (COT) fait référence au carbone mesuré après que la réponse du carbone inorganique a été éliminée par l'une des méthodes de test ASTM prescrites.

Cette norme recommande la qualité de l'eau requise pour les industries de l'électronique et de la microélectronique. Une eau de haute pureté est nécessaire pour éviter la contamination des produits pendant la production, car la contamination est inacceptable et peut entraîner une faible efficacité des appareils électroniques. La plage de pureté de l’eau est définie en fonction du processus de production. Les types d’eau ultrapure sont définis par la largeur de la ligne de l’appareil. Dans tous les cas, les recommandations de qualité de l’eau s’appliquent au point de distribution. Les limites de contamination dépendent des spécifications de contamination actuelles et des méthodes d'analyse disponibles (effectuées dans un laboratoire propre approprié ou avec une instrumentation en ligne). Des méthodes en ligne et hors ligne sont utilisées conformément aux pratiques actuelles du secteur. La concentration de l’échantillon peut être nécessaire pour mesurer les contaminants aux niveaux spécifiés dans le tableau intitulé « Besoins en eau au point de distribution dans les industries de l’électronique et des semi-conducteurs » fourni dans la norme.

Cette norme décrit sept types d’eau de qualité électronique. Dans tous les cas, les recommandations de qualité de l’eau s’appliquent au point de distribution. La classification est la suivante :

• Type E-1 : Cette eau est classée comme eau microélectronique destinée à être utilisée dans la production de dispositifs avec des largeurs de ligne comprises entre 0,5 et 1,0 µm.
• Type E-1.1 : Cette eau est classée comme eau microélectronique destinée à être utilisée dans la production de dispositifs avec des largeurs de ligne comprises entre 0,25 et 0,35 µm.
• Type E-1.2 : Cette eau est classée comme eau microélectronique destinée à être utilisée dans la production de dispositifs avec des largeurs de ligne comprises entre 0,09 et 0,18 µm.
• Type E-1.3 : Cette eau est classée comme eau microélectronique destinée à être utilisée dans la production de dispositifs avec des largeurs de ligne comprises entre 0,065 et 0,032 µm. Ce type d'eau est l'eau de pureté pratique ultime produite en grands volumes et est conçue pour les utilisations microélectroniques les plus critiques.
• Type E-2 : Cette eau est classée comme eau microélectronique destinée à être utilisée dans la production de dispositifs de dimensions comprises entre 1 et 5 µm.
• Type E-3 : Cette classe d'eau est classée comme eau macroélectronique à utiliser dans la production de dispositifs de dimensions supérieures à 5 µm. Cette qualité peut être utilisée pour produire des composants plus gros et certains composants plus petits qui ne sont pas affectés par des traces d'impuretés.
• Type E-4 : Cette classe peut être classée comme eau utilisée dans la préparation de solutions de placage et d'autres applications où l'eau utilisée peut être de qualité inférieure.

Les composants du système d’eau utilisés pour produire de l’eau de qualité électronique doivent être regroupés en cinq sections de processus générales pour simplifier l’organisation des composants du système. Ces opérations sont les suivantes :

• Prétraitement : Les traitements de ce groupe impliquent l’ajout de divers types de coagulants, de floculants, de clarificateurs, de bassins de sédimentation et de systèmes de filtration de particules (y compris des filtres à sable, des éléments filtrants jetables, des membranes d’ultrafiltration et d’autres systèmes d’élimination des particules). Les lits adsorbants ou pièges peuvent comprendre du sable vert, du charbon actif et une variété de matériaux synthétiques spécifiques à des impuretés organiques et inorganiques particulières.
• Dessalement : Ce processus est fondamental pour la production de toutes les qualités d’eau ultrapure et peut impliquer un échange d’ions, une osmose inverse, une électrodialyse, une ionisation continue par électrode ou plusieurs processus de tous les éléments ci-dessus. La taille du système détermine le choix de la combinaison des processus de dessalement. Différentes configurations de différents processus doivent être envisagées, notamment la déminéralisation à deux lits et à lits mixtes, l’osmose inverse à plusieurs étages utilisant différents types de membranes, l’ionisation par électrodes et l’électrodialyse.
• Systèmes d’élimination organique et biologique : L’élimination des contaminants biologiques et organiques est un ajout important à tout système utilisé pour préparer de l’eau ultrapure. Les composés organiques dissous, en plus d’être présents dans l’eau d’origine, peuvent s’accumuler dans le système pendant le traitement. Les méthodes visant à minimiser l’encrassement biologique comprennent l’ajout de peroxyde d’hydrogène et d’ozone. Pour obtenir un effet maximal de l'irradiation, des variables telles que le débit et la turbidité de l'eau, le degré de certains contaminants tels que le fer, l'acide humique et fluvique doivent être pris en compte. Le carbone organique total diminue à mesure que les matières organiques sont détruites.
• Élimination des particules : L’élimination des particules dans la production d’eau ultrapure est différente du prétraitement, qui élimine les grosses matières en suspension. Tous les types de particules (biologiques, organiques ou inorganiques) impactent significativement la production de composants électroniques. Les procédés utilisés pour éliminer les particules consistent généralement à utiliser une structure de membrane microporeuse plate, cylindrique ou plissée.
• Système de stockage et de distribution : Le stockage de l'eau de qualité électronique pendant la production est crucial car les impuretés sont ajoutées à l'eau proportionnellement à la solubilité des impuretés, à la surface de contact et au temps de contact entre l'eau, l'air, les matériaux de maintien ou des combinaisons de ceux-ci. Comme il est important de minimiser le contact de l’eau avec le récipient de stockage, le volume de stockage doit également être minimisé. De l’azote de haute pureté doit être utilisé pour couvrir l’atmosphère au-dessus de l’eau stockée.

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