Microbial monitoring of ultrapure water in the semiconductor industry

Abstract

The semiconductor industry manufactures various components such as sensors and microcircuits for the needs of the electronics industry. As the industry develops, more is expected of product performance on a smaller scale. A large part of the manufacturing processes consists of various rinses and washes, which is why the industry is one of the largest consumers of ultrapure water (UPW). As the line widths become even narrower, the products are sensitive to the smallest impurities, which sets high criteria for the water used.

The American Society for Testing and Materials (ASTM) has created standards for water used in the industry. The standard contains limit values for TOC, resistivity, particles, microbes, and many others. The purpose of this thesis is to create a method for monitoring microbes in UPW and to investigate the quality of produced water. The work has been done at the water plants of Murata Electronics Oy, which operates in the field.

By comparing different microbial monitoring methods, the ATP meter was chosen. Samples were taken from two different water plants for 13 weeks, a total of 101 samples. The results shows that microbial activity in the UPW used in Murata Electronics Oy's production is below 0.1 pg/mL, indicating very low activity. In addition, the correlation between TOC and resistivity values and ATP concentrations was investigated, which proved to be weak.

The results suggest that microbial activity must be monitored using a dedicated method, at least in low concentrations. Based on these parameters, TOC, resistivity, and microbial activity, there is no reason to assume that UPW alone would cause yield loss in Murata production. With continuous monitoring, the current good level can be maintained.

Puolijohdeteollisuus valmistaa erilaisia komponentteja kuten antureita ja mikropiirejä elektroniikkateollisuuden tarpeisiin. Alan kehittyessä, tuotteilta vaaditaan entistä parempaa suorituskykyä pienemmässä mittakaavassa. Suuri osa valmistusprosesseista koostuu erilaisista huuhteluista ja pesuista, jonka vuoksi ala on yksi suurimmista ultrapuhtaan veden (UPW) kuluttajista. Viivanleveyksien kaventuessa entisestään, tuotteet ovat herkkiä pienimmillekin epäpuhtauksille, joka asettaa käytetylle vedelle korkeat kriteerit.

American Society for Testing and Materials (ASTM) on luonut standardin alalla käytettävälle vedelle. Standardi sisältää raja-arvoja TOC:lle, resistiivisyydelle, partikkeleille, mikrobeille ja monille muille. Tämän diplomityön tarkoituksena on luoda menetelmä mikrobien monitoroinnille ultrapuhtaassa vedessä ja tutkia tuotetun veden laatua. Työ on toteutettu alalla toimivan Murata Electronics Oy:n vesilaitoksilla.

Vertaamalla erilaisia mikrobien monitorointi menetelmiä, ATP-mittari valittiin. Näytteitä otettiin kahdesta eri vesilaitoksesta yhteensä 13 viikon ajan, yhteensä 101 kappaletta. Tulosten perusteella Murata Electronics Oy:n tuotannossa käytettävässä ultrapuhtaassa vedessä mikrobi aktiivisuus on alle 0.1 pg/mL, mikä kertoo alhaisesta aktiivisuudesta. Lisäksi TOC ja resistiivisyys tuloksien ja ATP-pitoisuuksien välistä korrelaatiota tutkittiin, joka osoittautui heikoksi.

Tulokset osoittavat, että mikrobien seurantaan tulee käyttää siihen tarkoitettua menetelmää ainakin pienissä pitoisuuksissa. Tutkittujen parametrien, TOC, resistiivisyys ja mikrobi aktiivisuus, perusteella ei ole syytä olettaa, että UPW yksinään aiheuttaisi saantohukkaa Muratan tuotannossa. TOC ja resistiivisyys tulokset kertovat, että Murata Electronics Oy:n käyttämä ultrapuhdas vesi vastaa standardissa esitettyjä suosituksia.