半导体中超纯水质控检测方案(PH计)

半导体行业中的超纯水质控 万明球 （梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司 200233） 关键词：USP，超纯水，电导率，SevenMulti   摘要：USP（《美国药典》）对超纯水的质量有着严格的规定，是半导体厂商良好的参考标准，梅特勒-托利多SevenMulti模块化多功能仪表，内置USP表格，完全满足USP要求。 Conductivity measurement of ultra pure water in semiconduct industry Walter Wan (Mettler-Toledo Instruments (Shanghai) Co., Ltd. 200233) Abstract: USP (United States Pharmacopoeia) has set a very strict definition for ultra pure water quality, which is a good recommendation to semiconduct manufacturers. SevenMulti, a modular meter from Mettler-Toledo, is equipped with a built-in USP conversion table that meets USP perfectly. Key words: USP, ultra pure water, conductivity, SevenMulti 半导体厂商如果想在当今的市场中保持竞争力就必须持续追求更高的产量和更低的生产成本。由于水的纯度会影响产量，因而对可靠而精确的纯度测量仪器的需求就日益增长。 测量电阻率及其倒数电导率是在超纯水系统中检测离子污染程度的最佳方法之一。由于电导率值随杂质浓度的增大而增大，故使用该指标更直观。所以，对半导体厂商来说，一个能重复、精确地检测出超低程度的离子污染状况的仪表极为重要。超纯水的电导率在25.00°C时为0.0550µS/cm。所以，电导率测量仪表必须能够重复、精确地测出某一非零背景下极微小的电导率变化。这类测量问题的更复杂之处在于水分解所形成的离子的电导率还随温度变化而变化。因此，如果水的电导率增大，测量系统必须能够确定这种变化是由于温度升高，还是杂质浓度增大，抑或二者兼而有之。 USP（《美国药典》）对超纯水的质量有着严格的定义，也是半导体厂商在超纯水电导率测量方面很好的参考标准。 目前，根据USP标准，水中离子的测定是通过测量电导率来完成。但是，电导率是个不确定参数，它并不体现离子的化学本质，除离子外，其固有离子H3O+及OH-、溶于水中的环境气体（尤其是CO2）及测量温度等参数都对溶液的电导率有影响。最终确认使用以导电能力很弱的Cl-和NH4+为基质的参比系统来选择电导率参数，从而建立了0-100C间电导率测量的极限（1.33mM和1.66mM）（见表1和图1）。 考虑到日常测量（在线或实验室测量）中碰到的不同要求，USP为电导率质控测试定义了以下三个阶段： 第一阶段 对应最常见的情形，即在无环境气体存在的情况下测量电导率。 这一阶段中，要求测量未经过温度补偿的电导率并同时记录温度，然后在已知的电导率/温度对照表中找到小于并最接近该温度值，它所对应的电导率则是该温度时的极限值。如果测量值不高于表中的数值，则说明水的质量满足电导率测量的要求。不必再进行第二阶段和第三阶段的测试。 第二阶段 适合无法避免CO2影响因素的情况。调节样品（100ml或以上）温度至251C，并搅拌使其与环境中的CO2达到平衡。定时观察电导率测量情况，当电导率的变化值在每5分钟内小于0.1µS/cm时，将该电导率值记录下来。如果电导率值不高于2.1µS/cm，则水的质量满足电导率测量的要求。不必再进行第三阶段的测试。 第三阶段 必须在完成第二阶段的5分钟内进行第三阶段测试。温度保持在251C，将氯化钾饱和溶液加入水样中（0.3mL/100mL样品）并测量pH（精确至0.1pH）及电导率。在图1中找到最接近的pH值，如果其相应的电导率值不高于图中所示，则水的质量满足电导率测量要求。 SevenMulti是如何满足USP要求的？ SevenMulti是新型的模块组合式电化学测量仪表，主要进行实验室pH、电导率和离子浓度等指标的测量。它具备许多能满足USP要求的重要功能。  大多数质控测量都按USP第一阶段进行。在此方法中，电导率的测量不能进行温度补偿。SevenMulti 电导率模块具备一个叫作USP模式的功能，使用该功能时温度补偿功能将被自动关闭。此外，仪表中内置了USP温度/电导率对照表（详见表1）。仪表能立即判断所测量的水样是否符合USP的要求。  如果您公司对水的纯度要求更高，您可以设置一个USP因子系数。仪表会自动将表内的USP值乘上此USP因子并设置为您要求的限值（详见表1示例第三列）。  质控测量必须定期进行。SevenMulti 电导率模块将帮助您将此步骤自动化。  在GLP/GMP环境下工作意味着不仅需要记录测量数据，诸如方法、所用仪表及电极、校准（调节）数据及其时间和日期、用户名等测量细节都需一一记录。在GLP模式中，SevenMulti 电导率模块除了生成详细记录外，还能将它传输至打印机或电脑。  如果您测量的地方没有打印机或电脑，仪表可以储存多达1000条测量记录。某一段时间测量数据可制成曲线并在仪表上直接显示。  USP要求分辨率为0.1S/cm，而SevenMulti 的分辨率实际为0.01S/cm。换言之，SevenMulti 的分辨率要高出10倍。  IQ/OQ：USP要求专业设备，并需要定期检查测量仪器的操作及测量准确性。因此，梅特勒-托利多在许多国家提供SevenMulti 保养和/或再认证服务。而且，该仪表内置有维保程序。  SevenMulti 和新型超精确电极InLab740电导电极是按照USP要求进行水质控制的最佳工具。  毫无疑问，行业标准方法会随时间的推移而变化。但是，未来的软件升级等问题SevenMulti 早已考虑在内。因而，它将随时适应未来的发展。 图1：符合USP第三阶段要求的“纯水”和“注射用水”的电导率限值。 温度[C] 电导率限值[S/cm] USP因子 即20% 0 0.6 0.12 5 0.8 0.16 10 0.9 0.18 15 1.0 0.20 20 1.1 0.22 25 1.3 0.26 30 1.4 0.28 35 1.5 0.30 40 1.7 0.34 45 1.8 0.36 50 1.9 0.38 55 2.1 0.42 60 2.2 0.44 65 2.4 0.48 70 2.5 0.50 75 2.7 0.54 80 2.7 0.54 85 2.7 0.54 90 2.7 0.54 95 2.9 0.58 100 3.1 0.62 表1：USP表显示电导率限值随稳定变化及USP因子。