ASTM D5127-13 Przewodnik po normach dotyczących wody ultraczystej do stosowania w przemyśle elektronicznym i półprzewodnikowym

Norma „ASTM D5127-13 Standard guide for ultrapure water used in the electronics and semiconductor industries” opublikowana przez Amerykańskie Stowarzyszenie Badań i Materiałów (ASTM) zawiera zalecenia dotyczące jakości wody wykorzystywanej w produkcji w przemyśle elektronicznym i półprzewodnikowym.

Norma ta obejmuje siedem klasyfikacji wody, obejmujących wodę o szerokości linii wynoszącej zaledwie 0,032 mikrona. We wszystkich przypadkach zalecenia dotyczą wody w punkcie dystrybucji.

Woda jest wykorzystywana do mycia i płukania elementów półprzewodnikowych w trakcie produkcji. Wodę stosuje się również w procesach czyszczenia i trawienia, wytwarzaniu oparów służących do utleniania powierzchni krzemowych, przygotowywaniu fotomasek i osadzaniu materiałów luminescencyjnych. Inne zastosowania obejmują rozwój i produkcję urządzeń półprzewodnikowych, urządzeń cienkowarstwowych, laserów komunikacyjnych, diod elektroluminescencyjnych, fotodetektorów, obwodów drukowanych, układów pamięci, urządzeń lampowych lub urządzeń elektrolitycznych.

Użytkownicy wymagający wody o jakości innej niż opisana w niniejszym dokumencie powinni zapoznać się z innymi normami dotyczącymi wody, takimi jak ASTM D1193-06 Standard Specification for Reagent Water i ASTM D5196-06 Standard Guide for Bioapplication Grade Water.

Dla celów niniejszej normy, oprócz terminów i definicji podanych w normie „ASTM D1129-13 Standard Terminology for Water”, stosuje się następujące definicje:

• Całkowita liczba bakterii to całkowita liczba hodowanych mikroorganizmów obecnych w określonej próbce, ustalona zgodnie ze standardowymi metodami badawczymi ASTM F1094, z wyłączeniem organizmów bezwzględnie beztlenowych.
• Całkowity węgiel organiczny (TOC) odnosi się do węgla mierzonego po wyeliminowaniu reakcji na węgiel nieorganiczny za pomocą jednej z określonych metod testowych ASTM.

Norma ta określa wymagania dotyczące jakości wody dla przemysłu elektronicznego i mikroelektronicznego. Aby zapobiec zanieczyszczeniu produktów w trakcie produkcji, wymagana jest woda o wysokiej czystości, gdyż zanieczyszczenie jest niedopuszczalne i może prowadzić do obniżenia wydajności urządzeń elektronicznych. Zakres czystości wody jest definiowany zgodnie z procesem produkcyjnym. Rodzaje wody ultraczystej definiuje się na podstawie szerokości linii urządzenia. We wszystkich przypadkach zalecenia dotyczące jakości wody obowiązują w miejscu dystrybucji. Limity zanieczyszczeń zależą od aktualnych specyfikacji zanieczyszczeń i dostępnych metod analitycznych (wykonywanych w odpowiednim, czystym laboratorium lub przy użyciu urządzeń on-line). Metody online i offline są stosowane zgodnie z obowiązującymi praktykami branżowymi. Zagęszczenie próbki może okazać się konieczne w celu zmierzenia zanieczyszczeń na poziomach określonych w tabeli zatytułowanej „Zapotrzebowanie na wodę w punkcie dystrybucji w przemyśle elektronicznym i półprzewodnikowym” podanej w normie.

Norma ta opisuje siedem rodzajów wody klasy elektronicznej. We wszystkich przypadkach zalecenia dotyczące jakości wody obowiązują w miejscu dystrybucji. Klasyfikacja wygląda następująco:

• Typ E-1: Woda ta jest klasyfikowana jako woda mikroelektroniczna przeznaczona do stosowania w produkcji urządzeń o szerokości linii od 0,5 do 1,0 µm.
• Typ E-1.1: Woda ta jest klasyfikowana jako woda mikroelektroniczna przeznaczona do stosowania w produkcji urządzeń o szerokości linii od 0,25 do 0,35 µm.
• Typ E-1.2: Woda ta jest klasyfikowana jako woda mikroelektroniczna przeznaczona do stosowania w produkcji urządzeń o szerokości linii od 0,09 do 0,18 µm.
• Typ E-1.3: Woda ta jest klasyfikowana jako woda mikroelektroniczna przeznaczona do stosowania w produkcji urządzeń o szerokości linii od 0,065 do 0,032 µm. Ten rodzaj wody jest wodą o najwyższej czystości praktycznej, produkowaną w dużych ilościach i przeznaczoną do najważniejszych zastosowań w mikroelektronice.
• Typ E-2: Woda ta jest klasyfikowana jako woda mikroelektroniczna przeznaczona do stosowania w produkcji urządzeń o wymiarach od 1 do 5 µm.
• Typ E-3: Woda tej klasy jest klasyfikowana jako woda makroelektroniczna przeznaczona do stosowania w produkcji urządzeń o wymiarach większych niż 5 µm. Gatunek ten można stosować do produkcji większych elementów i niektórych mniejszych komponentów, na które nie mają wpływu śladowe zanieczyszczenia.
• Typ E-4: Tę klasę można sklasyfikować jako wodę stosowaną do przygotowywania roztworów galwanicznych i innych zastosowań, w których używana woda może być gorszej jakości.

Elementy układu wodnego wykorzystywanego do produkcji wody odpowiedniej do zastosowań elektronicznych należy pogrupować w pięć ogólnych sekcji procesu, aby uprościć organizację elementów układu. Operacje te wyglądają następująco:

• Wstępne oczyszczanie: Zabiegi w tej grupie obejmują dodawanie różnych rodzajów koagulantów, flokulantów, klarowników, zbiorników sedymentacyjnych i systemów filtracji cząstek (w tym filtrów piaskowych, jednorazowych elementów filtracyjnych, membran ultrafiltracyjnych i innych systemów usuwania cząstek). Złoża adsorpcyjne lub pułapkowe mogą zawierać zielony piasek, węgiel aktywny i różnorodne materiały syntetyczne przeznaczone do usuwania określonych zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych.
• Odsalanie: Proces ten ma zasadnicze znaczenie w produkcji wszystkich gatunków wody ultraczystej i może obejmować wymianę jonową, odwróconą osmozę, elektrodializę, ciągłą jonizację elektrodową lub wiele procesów obejmujących wszystkie powyższe metody. Wielkość systemu determinuje wybór kombinacji procesów odsalania. Należy wziąć pod uwagę różne konfiguracje różnych procesów, w tym demineralizację dwuwarstwową i mieszaną, wielostopniową odwróconą osmozę z wykorzystaniem różnych typów membran, jonizację elektrodową oraz elektrodializę.
• Systemy usuwania zanieczyszczeń organicznych i biologicznych: Usuwanie zanieczyszczeń biologicznych i organicznych jest ważnym uzupełnieniem każdego systemu służącego do przygotowywania wody ultraczystej. Rozpuszczone związki organiczne, oprócz tego, że występują w pierwotnej wodzie, mogą gromadzić się w systemie podczas przetwarzania. Do metod ograniczających zanieczyszczenie biologiczne zalicza się dodawanie nadtlenku wodoru i ozonu. Aby uzyskać maksymalny efekt napromieniowania, należy wziąć pod uwagę takie zmienne, jak przepływ wody i mętność, stopień zawartości niektórych zanieczyszczeń, np. żelaza, kwasów huminowego i fluwiowego. Całkowita zawartość węgla organicznego zmniejsza się w miarę rozpadu substancji organicznych.
• Usuwanie cząstek: Usuwanie cząstek podczas produkcji wody ultraczystej różni się od wstępnego oczyszczania, podczas którego usuwane są duże zawiesiny. Wszelkiego rodzaju cząsteczki (biologiczne, organiczne i nieorganiczne) mają znaczący wpływ na produkcję podzespołów elektronicznych. Procesy służące do usuwania cząstek stałych polegają na ogół na wykorzystaniu płaskiej, cylindrycznej lub plisowanej mikroporowatej struktury membranowej.
• System magazynowania i dystrybucji: Magazynowanie wody klasy elektronicznej w trakcie produkcji ma kluczowe znaczenie, ponieważ zanieczyszczenia dodawane są do wody proporcjonalnie do ich rozpuszczalności, powierzchni kontaktu i czasu kontaktu między wodą, powietrzem, materiałami magazynującymi lub ich kombinacjami. Ponieważ ważne jest ograniczenie kontaktu wody z pojemnikiem magazynowym, należy również zminimalizować objętość pojemnika magazynowego. Do pokrycia atmosfery ponad przechowywaną wodą należy użyć azotu o wysokiej czystości.

Nasza organizacja, która od lat stara się wspierać przedsiębiorstwa z każdej branży, realizując szeroką gamę badań testowych, pomiarowych, analitycznych i ewaluacyjnych, dysponuje silną kadrą, która uważnie śledzi rozwój nauki i techniki na świecie oraz nieustannie się doskonali. W tym kontekście usługi testowe są również świadczone przedsiębiorstwom zgodnie z normą „ASTM D5127-13 Standard guide for ultrapure water used in the electronics and semiductor industries”.