DIN 50451-5-2010 de 5058 Testing of materials for semiconductor technology - Determination of trace elements in liquids - Part 5 Guideline for the selection of materials and testin.pdf

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1、Mrz 2010DEUTSCHE NORM Normenausschuss Materialprfung (NMP) im DINPreisgruppe 8DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 29.045!$M“1564229www.din.deDDIN 50451-5Prfung vo

2、n Materialien fr die Halbleitertechnologie Bestimmung von Elementspuren in Flssigkeiten Teil 5: Leitlinie zur Auswahl von Werkstoffen und Prfung ihrer Eignungfr Gerte zur Probenahme und Probenvorbereitung fr dieElementspuren-Bestimmung im Bereich von Mikrogramm je Kilogrammund Nanogramm je Kilogramm

3、Testing of materials for semiconductor technology Determination of trace elements in liquids Part 5: Guideline for the selection of materials and testing of their suitability for apparatusfor sampling and sample preparation for the determination of trace elements in the rangeof micrograms per kilogr

4、am and nanograms per kilogramEssai des matriaux pour la technologie des semi-conducteurs Dosage des lments en traces dans les liquides Partie 5: Ligne directrice pour la slection de matriaux et lessai de leur aptitude treutiliss pour des appareils dchantillonnage et de prparation dchantillons pour l

5、edosage des lments en traces dans la gamme de microgramme par kilogramme etnanogramme par kilogrammeAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 11 SeitenDIN 50451-5:2010-03 Inhalt Seite Vorwort 3 Einleitung.4 1 Anwendungsbereich .5 2 Normative Verweisungen

6、5 3 Begriffe .5 4 Werkstoffeinfluss der Gerte und Hilfsmittel auf die Proben .5 4.1 Allgemeines5 4.2 Kunststoffe.6 4.3 Kieselglas .6 5 Kriterien fr die Auswahl geeigneter Gertewerkstoffe 6 6 Eignungsprfung.9 6.1 Reagenzien .9 6.2 Reinigung der Probenahme- und Probenvorbereitungsgefe9 6.3 Durchfhrung

7、.9 6.4 Angabe der Ergebnisse.10 6.5 Prfbericht10 Literaturhinweise 11 Tabellen Tabelle 1 Bestndigkeit von Gertewerkstoffen gegenber unterschiedlichen Klassen chemischer Substanzen 8 2 DIN 50451-5:2010-03 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Arbeitsausschuss NA 062-02-21 AA Prfung von Prozesschemikalien

8、 fr die Halbleitertechnologie“ im Normenausschuss Materialprfung (NMP) erarbeitet. DIN 50451 Prfung von Materialien fr die Halbleitertechnologie Bestimmung von Elementspuren in Flssigkeiten besteht aus: Teil 1: Silber (Ag), Gold (Au), Calcium (Ca), Kupfer (Cu), Eisen (Fe), Kalium (K) und Natrium (Na

9、) in Salpetersure mittels AAS Teil 2: Calcium (Ca), Cobalt (Co), Chrom (Cr), Kupfer (Cu), Eisen (Fe), Nickel (Ni) und Zink (Zn) in Fluss-sure mittels Plasma-angeregter Emissionsspektrometrie Teil 3: Aluminium (Al), Cobalt (Co), Kupfer (Cu), Natrium (Na), Nickel (Ni) und Zink (Zn) in Salpetersure mit

10、tels ICP-MS Teil 4: Bestimmung von 34 Elementen in hochreinem Wasser durch Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS) Teil 5: Leitlinie zur Auswahl von Werkstoffen und Prfung ihrer Eignung fr Gerte zur Probenahme und Probenvorbereitung fr die Elementspuren-Bestimmung im Bereich von

11、 Mikrogramm je Kilogramm und Nanogramm je Kilogramm 3 DIN 50451-5:2010-03 Einleitung Zur Produktion hchstintegrierter Schaltkreise werden hochreine Chemikalien verwendet. Die Verunreinigung durch einzelne Elemente liegt oft innerhalb eines typischen Bereiches von 0,01 g/kg bis 0,5 g/kg. Fr die analy

12、tische Untersuchung dieser hochreinen Chemikalien ist es notwendig, probenberhrende Werkstoffe und Gertekomponenten zu definieren, die keine signifikante Verunreinigung oder Vernderung der Proben bewirken. 4 DIN 50451-5:2010-03 1 Anwendungsbereich Dieses Dokument gibt eine Leitlinie zur Auswahl von

13、Werkstoffen und zur Prfung ihrer Eignung fr Gerte zur Probennahme und Probenvorbereitung, die fr die Bestimmung von Verunreinigungen in hochreinen Chemikalien fr die Halbleitertechnologie eingesetzt werden. Es gilt fr Bestimmungen von Elementspuren in den Bereichen von Mikrogramm je Kilogramm und Na

14、nogramm je Kilogramm. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschliel

15、ich aller nderungen). DIN 50451-3, Prfung von Materialien fr die Halbleitertechnologie Bestimmung von Elementspuren in Flssigkeiten Teil 3: Aluminium (Al), Cobalt (Co), Kupfer (Cu), Natrium (Na), Nickel (Ni) und Zink (Zn) in Salpetersure mittels ICP-MS DIN 50451-4, Prfung von Materialien fr die Halb

16、leitertechnologie Bestimmung von Elementspuren in Flssigkeiten Teil 4: Bestimmung von 34 Elementen in hochreinem Wasser durch Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS) 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3.1 Probenahme Abfllen einer reprsent

17、ativen Teilmenge der zu prfenden Chemikalie, einschlielich der Aufbewahrung bis zur Analyse unter geeigneten Bedingungen ANMERKUNG Zur Verbesserung der Stabilitt der zu prfenden Lsung wird oft als konservierende Manahme angesuert. Dadurch kann das Elutionsverhalten gegenber Gefwerkstoffen verndert w

18、erden. 3.2 Probenvorbereitung alle vorbereitenden Manahmen zur Gewinnung einer Messlsung ANMERKUNG Vorbereitende Manahmen sind z. B. Verdnnen, Anreichern, Matrixabtrennung. 3.3 Gertewerkstoffe Werkstoffe der Probengefe und Hilfsmittel, die mit Proben in Berhrung kommen 4 Werkstoffeinfluss der Gerte

19、und Hilfsmittel auf die Proben 4.1 Allgemeines Der Gehalt an Verunreinigungen und Analytverluste sind in der Regel umso grer, je lnger die Standzeit und je grer das Verhltnis von Behlteroberflche zum Probenvolumen sind. Auerdem vergrern hhere Temperaturen die Gefahr von Verunreinigungen betrchtlich.

20、 Diese Effekte werden wesentlich von den verwendeten Gertewerkstoffen beeinflusst (siehe 1 bis 4). 5 DIN 50451-5:2010-03 4.2 Kunststoffe Bei der Verwendung von Kunststoffen als Gertewerkstoff ist zu beachten, dass im unteren Spurenbereich keine merklichen Verunreinigungen oder Analytverluste auftret

21、en drfen. ANMERKUNG 1 Verunreinigung wird zumeist verursacht durch Diffusion von eventuell im Innern des Kunststoffes enthaltenen Verunreinigungen wie z. B. Katalysatorrckstnden, die gelst werden und dann die Chemikalien kontami-nieren. Analytverluste knnen durch Diffusion in das Innere des Kunststo

22、ffes auftreten. ANMERKUNG 2 Kunststoffe, die Fllstoffe enthalten, sind ungeeignet. 4.3 Kieselglas Bei der Verwendung von Kieselglas (auch Quarzglas genannt) als Gertewerkstoff ist zu beachten, dass keine relevante Verflschung von Analysenergebnissen durch Adsorption von Spurenverunreinigungen an Gef

23、oberflchen auftritt. 5 Kriterien fr die Auswahl geeigneter Gertewerkstoffe Folgende Kriterien sind bei der Auswahl geeigneter Gertewerkstoffe zu beachten: a) Verunreinigungsgehalt: Die Gertewerkstoffe drfen nur einen geringen Gehalt an Verunreinigungen enthalten; ANMERKUNG Typische Verunreinigungen,

24、 siehe 3 und 4. Geeignete Werkstoffe sind z. B.: Tetrafluorethylen-Perfluorpropylen (FEP); Glaskohlenstoff; Polyethylen hoher Dichte (HDPE); Polyethylen niedriger Dichte (LDPE); Polypropylen (PP); Perfluoralkoxy-Copolymer (PFA); Polytetrafluorethylen (PTFE); Polyvinylidenfluorid (PVDF); Kieselglas (

25、Quarzglas) (SiO2); Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE); Ethylen-Chlortrifluorethylen (ECTFE); Polyamid (PA); Polymethylmethacrylat (PMMA); Polymethylpenten (PMP); Polyoxymethylen (POM); Polystyrol (PS); Styrol Acrylnitril (SAN); Polyetheretherketon (PEEK). 6 DIN 50451-5:2010-03 b) Oberflchenqualitt der

26、 Probengefe: Die innere Oberflche von Probengefen muss glatt sein, um den Angriff der Chemikalien einerseits und die Adsorption/Absorption von Spurenverunreinigungen der Chemikalien andererseits zu erschweren sowie die Anforderungen an das Reinigungsverhalten zu erfllen; c) Bestndigkeit von Gertewer

27、kstoffen gegenber Chemikalien: Eine bersicht zur Bestndigkeit von wichtigen Gertewerkstoffen gegenber unterschiedlichen Klassen chemischer Substanzen ist in Tabelle 1 aufgefhrt. WARNUNG Vorsicht bei brennbaren Lsemitteln wegen elektrostatischer Aufladung. 7 DIN 50451-5:2010-03 Tabelle 1 Bestndigkeit

28、 von Gertewerkstoffen gegenber unterschiedlichen Klassen chemischer Substanzen Gertewerkstoffe HDPE PFA/PTFE/FEPaSiO2aChemische Substanzklasse Probe-nahmebProben-vorbereitung Probe-nahme Proben-vorbereitung Probe-nahme Proben-vorbereitung Nicht oxidierende Suren mit raschem Diffusionsvermgen (z. B.

29、Fluorwasserstoff, Chlor-wasserstoff, Salpetersure niederer Konzentration, Essigsure und saure Ammonfluoridlsungen) + +c+c+d+dOxidierende Suren mit raschem Diffusionsvermgen (z. B. konzentrierte Salpetersure) + + + + Konzentrierte Suren mit geringem Diffusionsvermgen (z. B. Schwefelsure in Konzentrat

30、ionen 96 % H2SO4sowie Phosphorsure) + + + +e+eOxidierende Stoffe in wssriger Lsung (z. B. Wasserstoffperoxid) + + + + + Nicht wssrige aggressive Chemikalien (z. B. Phosphorylchlorid, Bortribromid) + + + + Alkalische Lsungen (z. B. Ammoniaklsung, Tetramethylammonium-hydroxid) + + + Neutrale Salzlsung

31、en + + + +d+dKetone und Ester (z. B. Aceton, Essigsurebutylester) + + + + Kohlenwasserstoffe (z. B. Xylol, Hexan) + + + + Alkohole (z. B. Methanol, Propan-2-ol) + + + + + Weitere organische Lsemittel (z. B. N-Methylpyrrolidon) + + + + + Wasser und stark verdnnte Salzlsungen + + + + + + + geeignet ni

32、cht geeignet aTemperaturbestndig zwischen 200 C und 260 C. bEignungsprfung erforderlich, falls Al, Cr, Mg, Ti, Zn bestimmt werden sollen. cHalogenwasserstoffe knnen langsam diffundieren. dAuer fluoridhaltigen Medien. eAuer H3PO4. 8 DIN 50451-5:2010-03 6 Eignungsprfung 6.1 Reagenzien 6.1.1 Wasser nac

33、h DIN 50451-4, mit Konzentrationen der fr die Eignungsprfung relevanten Analyten von maximal einem Zehntel der in den Proben zu bestimmenden Konzentrationen. 6.1.2 Salpetersure, HNO3, w(HNO3) 3 %, mit Konzentrationen der fr die Eignungsprfung relevanten Analyten von maximal einem Zehntel der in den

34、Proben zu bestimmenden Konzentrationen. 6.1.3 Salpetersure, HNO3, w(HNO3) 30 %, mit Konzentrationen der fr die Eignungsprfung relevanten Analyten von maximal einem Zehntel der in den Proben zu bestimmenden Konzentrationen. 6.1.4 Salpetersure, HNO3, w(HNO3) = 65 %, mit Konzentrationen der fr die Eign

35、ungsprfung relevanten Analyten von maximal einem Zehntel der in den Proben zu bestimmenden Konzentrationen. 6.2 Reinigung der Probenahme- und Probenvorbereitungsgefe Um eine kontaminationsfreie Probennahme und Probenvorbereitung fr die Bestimmung von Elementspuren sicherzustellen, sind die zu verwen

36、denden Gefe, einschlielich ihrer Verschlsse, mit geeigneten flssigen Medien vor dem ersten Gebrauch zu reinigen. Folgende Arbeitsschritte sind durchzufhren: a) Vorsplen der Gefe und Verschlsse mit Salpetersure (6.1.3); b) Nachsplen mit Wasser (6.1.1); c) Behandlung/Aussplen der Gefe und Verschlsse m

37、it der spter zu prfenden Chemikalie; d) Nachsplen mit Wasser (6.1.1). Falls die Vorgehensweise nach a) bis d) nicht zu einer ausreichenden Kontaminationsfreiheit fr die sptere Analyse fhrt, ist, gegebenenfalls nach Vorreinigung, der Arbeitsschritt a) durch Auskochen oder Ausdmpfen der Gefe und Versc

38、hlsse mit Salpetersure (6.1.3) zu ersetzen. Die Reinigungsschritte sind zu wiederholen, bis eine ausreichende Kontaminationsfreiheit erreicht ist. Eine Ausnahme stellen Quarzgefe dar; sie mssen mit verdnnter Salpetersure (6.1.2) gereinigt werden. Verunreinigungen, die nicht mit (halbkonzentrierter)

39、Salpetersure (6.1.3) entfernt werden knnen, sind durch andere Suren/Suremischungen zu entfernen, z. B. mit halbkonzentrierter Salzsure im Fall von Gold und Zinn. 6.3 Durchfhrung Zur Feststellung der Eignung von Gefwerkstoffen fr die Probennahme und die Probenvorbereitung von Prozesschemikalien sollt

40、e ihr Elutionsverhalten, wie folgt, geprft werden. Salpetersure (6.1.4) ist unter denselben Bedingungen und mindestens ebenso lange wie die spter zu prfende Chemikalie in dem zu prfenden Gef nach der Reinigung nach 6.2 zu lagern oder bis zum Sieden zu erhitzen und anschlieend unter staubgeschtzten B

41、edingungen bis fast zur Trockene einzudampfen. Danach ist wieder mit Salpetersure (6.1.4) aufzufllen und der gesamte Vorgang zu wiederholen. Diese Verfahrensschritte sind insgesamt fnfmal durchzufhren. Der letzte Rckstand (Eluat) ist nach DIN 50451-3 auf Elementspuren zu untersuchen. Die ermittelten

42、 Massenanteile an Elementspuren drfen ein Fnftel des jeweiligen Spezifikations-Grenzwertes der zu prfenden hochreinen Chemikalie nicht berschreiten. 9 DIN 50451-5:2010-03 6.4 Angabe der Ergebnisse Die Massenanteile der Elementspuren im Eluat sind in Mikrogramm je Kilogramm, vorzugsweise auf drei Ste

43、llen nach dem Komma, oder Nanogramm je Kilogramm, vorzugsweise gerundet auf ganze Zahlen, anzugeben. 6.5 Prfbericht Der Prfbericht muss die folgenden Angaben enthalten: a) Bezeichnung des geprften Gertewerkstoffes; b) Verweis auf dieses Dokument, d. h. DIN 50451-5; c) Beschreibung des Reinigungsverf

44、ahrens; d) Angabe der bestimmten Elementspuren im Eluat nach 6.4; e) gegebenenfalls Abweichungen von diesem Dokument; f) Prfer, Prfort und Datum. 10 DIN 50451-5:2010-03 11 Literaturhinweise 1 D. H. M. Ortner et al.: Surface characterization of fluorinated polymers (PTFE, PVDF, PFA) for use in ultrat

45、race analysis, Fresenius J. Anal. Chem. (1996) 355, S. 657 664 2 D. H. M. Ortner et al.: Surface corrosion studies on high-purity quartz vessels for digestive sample preparation, Mikrochim. Acta (2001) 137, S. 229241, 3 Thiel, K.: Reinheit der Chemikalien erhalten, 1991, ISBN: 398020930X 4 P. Tschpel, L. Kotz, W. Schulz, M. Veber, G. Tlg: Zur Ursache und Vermeidung systematischer Fehler bei Elementbestimmungen in wssrigen Lsungen im ng/ml und pg/ml-Bereich, Fresenius J. Anal. Chem. (1980) 302, S. 114