Čistá místnost sama o sobě nezaručuje čistotu

Změněné požadavky na čistotu v druhu a množství vyžadují jiné metody kontroly. Kromě technicky náročných a časově náročných metod (například XPS, ATR/FTIR, TOF-SIMS atd.) se osvědčila jako rychlá metoda kontrola pomocí UV světla, která dokáže zobrazit i nejmenší částice nebo vlákna. (Fotografie/Obrázek: LPW)

Pohled do TDZ: Čištění dílů před nebo uvnitř čistého prostoru se v posledních letech stalo běžnou součástí každodenního života. (Foto/Obrázek: LPW)

Nic není do čistého prostoru přiváděno bez předčištění, aby se předešlo případným kontaminacím. (Fotka/Grafika: LPW)

Jednotka na dodávku čisté vody LPW pro finální proplachy v TDZ představuje další důležitou součást zajištění kvality procesu. (Foto/grafika: LPW)

Jednotka na dodávku čisté vody LPW pro finální proplachy v TDZ představuje další důležitou součást zajištění kvality procesu. (Fotografie/grafika: LPW)

Kvalita čistého vzduchu v čistírně z hlediska částicové zátěže a frekvence výměny je zajištěna v systému cirkulačního filtru a řízena prostřednictvím monitorování procesních dat (například pomocí čítače částic). (Foto/grafika: LPW)

Čisticí zařízení může přispět k opětovnému znečištění, nejen během samotného čisticího procesu, kvůli nechtěné křížové kontaminaci. Také údržbová oblast je často jejím zdrojem a proto je u systémů LPW vždy umístěna mimo čistý prostor. (Fotka/Obrázek: LPW)

Schéma (foto/grafika: LPW)

Pokud jde o průmyslovou čistící techniku, stále častěji se hovoří o aplikacích před nebo uvnitř čistých prostor – a to nejen v segmentu medicíny a polovodičů. Občas však vzniká dojem, že samotná kombinace čisticího zařízení s čistým prostorem by měla být řešením pro neustále rostoucí požadavky na stupeň technické čistoty. To však není pravda. Čistý prostor sám o sobě nezajišťuje čistotu. Je pouze součástí složitého komplexního konceptu.

Odvětví se nachází v procesu změn. Ačkoliv některá čisticí řešení se zatím zdají být dostačující, postupně dosahují hranic svých schopností, protože nezohledňují určité logicko-analytické přístupy. V přímém překladu to znamená, že pokud nejsou jejich procesy a schopnosti sladěny s celkovým procesním řetězcem a okolními podmínkami z pohledu příslušné specifikace čistoty. A to v každém, byť sebemenším, jednotlivém kroku.

Změna na všech úrovních

Pro pochopení toho pomůže krátký pohled do minulosti: dříve existovaly klasické úkoly, například v oblasti strojírenství a automobilového průmyslu s pohonem. A na druhé straně ty s nejvyššími požadavky na čistotu, spojené s příslušnými předpisy a validačními požadavky (například u zdravotnických prostředků, optických systémů a při výrobě waferů). V posledních letech se však tyto dvě oblasti průmyslové čistící techniky téměř spojily. Především v letech 2019/2020 tento vývoj díky strukturálním přestavbám ve téměř všech průmyslových odvětvích po celém světě rychle pokročil. To vede k tomu, že se celé odvětví nyní musí vypořádat s novými technologickými požadavky a společně s uživateli hledá orientaci. Někdy také ve spojení s přáním po rychlých řešeních.

Avšak rychlost nestačí. Nové produkty a výrobní metody vyžadují změněný a také uvědomělejší pohled na technickou čistotu ve všech výrobních procesech. Pokud dříve například byly hlavním zaměřením částice a vlákna, dnes dominují například organické nebo anorganické molekulární či toxické znečištění, která ovlivňují kvalitu okolních podmínek i metody detekce. Navíc se geometrická složitost dílů v segmentu jemného a ultrajemného čištění výrazně zvýšila. Dále se velikosti dílů pohybují od mikro až po XXL komponenty pro lithografické systémy polovodičového průmyslu. A zatímco dříve šlo většinou o velké série, dnes se spíše jedná o malé série nebo jednotlivé díly.

Dále se změnily rámcové parametry:

– Dílce jsou v počátečním stavu často mnohem čistší než kvalita výstupu u dříve známých aplikací (například v tradiční automobilové výrobě).
– „Nové“ nečistoty nejsou často rychle detekovatelné nebo zřejmé.
– Procesní média (plynná nebo kapalná) a okolní podmínky mají přímý vliv na kvalitu dílce v celém procesu a mohou mimo jiné vést k re- nebo křížové kontaminaci.

Požadavky na výrobu a manipulaci

Aby bylo možné splnit aktuální požadavky na čistotu ve výrobě a manipulaci v prostředí vysoké čistoty, je třeba minimalizovat nežádoucí znečištění v procesním řetězci co nejdříve a systematicky před finálním čištěním. V praxi to znamená, že vedle volby vhodného čisticího řešení je důležité důkladně plánovat předprocesy, okolní podmínky, použitá média a následné aplikace. To vyžaduje změněné myšlení při přístupu k tématu a následně odpovídající celkovou koncepci. Jednoduchá kombinace jednotlivých technických schopností, například spojení čisticího zařízení s úpravou vody a „čistým“ prostředím, nestačí. Je třeba precizní sladění jednotlivých aspektů, které má za cíl zajistit na místě použití čistý povrch.

Samotné čisticí zařízení je třeba vnímat jako spojovací článek mezi předprocesem a místem použití s vhodnými okolními podmínkami (například v čistém prostoru nebo v odpovídajícím obalu). Kromě dosažení vyššího stupně čistoty má také úlohu postupného přenosu prostředí s rostoucí čistotou v následujících krocích, přičemž je třeba zabránit křížové a rekontaminaci. S rostoucí úrovní čistoty během procesu čištění je třeba také upravit kvalitu okolí a médií tak, aby bylo možné vyloučit zhoršení – až do čistého prostoru. Ten má pak za úkol technicky i organizačně udržet dosažený standard dílce až do místa použití.

V praxi

Nizozemsko je důležité místo evropské vyspělé technologie. Tam například společnost ASML vyrábí systémy EUV lithografie pro polovodičový průmysl. Dva dodavatelé z tohoto prostředí se obrátili na LPW, protože je čekala změna výroby z dosavadní úrovně 4 (srovnatelné s klasickými částicovými jemnými čištěními) na úroveň 2 (s možností na úroveň 1). To znamená, že hlavní důraz je kladen na filmové a jemné částicové podmínky v jemném a ultrajemném čištění s vysokými požadavky na čistotu okolních parametrů.

U zákazníka LowersHanique šlo o vysoce kvalitní skleněné a kovové díly. U firmy AAE šlo o řadu strukturálních dílů (zejména hliníku) s velkou variabilitou a enormní složitostí. Ve druhém případě šlo o složité geometrické tvary, průchozí a slepé otvory s průměrem od 2 do 6 mm (s nebo bez závitu) a citlivé povrchy. Obě firmy chtěly v prvním kroku ověřit, zda je možné čištění bez poškození dílů a jak zabránit re- nebo křížové kontaminaci. Předběžné zkoušky u jiných výrobců zařízení zatím nepřinesly uspokojivé výsledky.

Jak tedy postupovat? Od začátku probíhalo intenzivní společné inženýrství. Projekty tohoto druhu nejsou pro obě strany samozřejmostí a vyžadují důkladné diskuse například o procesech, materiálech a jejich vlastnostech, manipulaci a hodnocení kvality. Každý jednotlivý krok čištění, tedy mycí mechanika, máchání a také sušení, je třeba testovat a hodnotit z hlediska jejich vlivu na požadovaný výsledek. Připočítává se k tomu propojení s před- a následnými procesy. Přechod do čistého prostoru musí být naplánován již před skutečným rozhodnutím o koupi. Podmínkou je otevřenost a důvěra v osoby a prostředí, které se na projektu podílejí. Jde primárně o nová čisticí zařízení, ale skutečně jde o realizaci vyšších úrovní kvality ve výrobě.

Po intenzivních zkouškách v čistě prostorové testovací a servisní centrále LPW včetně zakázkové čištění a navržených celkových procesů zadání nakonec LowersHanique a AAE zadali své zakázky. U obou firem byly realizovány zákaznicky specifická řešení. Přestože hlavní úkol byl u obou projektů stejný: dosáhnout požadovaného stupně čistoty pro následné aplikace v čistých prostorách, při neustálém snižování vlivu okolního prostředí a použitých médií (vzduch, voda, chemie).

Úkoly zítřka

Systémy zařízení již dnes mají za úkol zajistit přenos v popsané podobě. V budoucnu však budou muset ještě mnohem více dbát na kvalitu předprocesů (variace v druhu a množství znečištění), vlastních procesů (čištění/máchání/sušení) a relevantních okolních parametrů. Toho lze dosáhnout prostřednictvím kvalitativně orientovaného monitorování založeného na parametrech, průběžného sledování a dokumentace. Odchylky je třeba ihned hlásit a ideálně ihned přijímat nápravná opatření, a to buď obsluhou/odpovědnými za kvalitu nebo systémem sám v definovaných mezích.

LPW se těmto úkolům v oblasti vysoké čistoty věnuje již více než 15 let a patří mezi průkopníky v tomto prostředí. Jemné a ultrajemné čištění složitých geometrických tvarů je jednou z jejich klíčových kompetencí, odpovídající zařízení najdete u uživatelů po celém světě. Kromě vhodných systémů mají specialisté z Riedu také k dispozici periférie pro zajištění transferu. V roce 2019 bylo zřízeno speciální čistě prostorové testovací a servisní centrum (TDZ), ve kterém tým LPW Applikation Engineering, složený z techniků a inženýrů, podporuje zákazníky při realizaci a optimalizaci jejich procesů. Dále zde probíhá práce na výzkumných a vývojových projektech. A to i za podmínek čistého prostoru. Přestože sám čistý prostor nezajišťuje čistotu, umožňuje správně sladěný celkový proces, že pečlivě dosažený výsledek může být bezpečně přenesen na místo jeho skutečného použití.

Informační box: Požadavky včera a dnes

Doposud se v obráběcím průmyslu zaměřovalo především na částice a nečistoty (kovové/nekovové), na vlákna a na zbytky olejů a emulzí. Kontrola se prováděla u částic a vláken podle hmotnosti (gravimetrie) nebo velikosti v mikroskopické analýze. U olejů a tuků obvykle podle povrchového napětí nebo fluorescenčního měření.

Dnes se mimo jiné řeší organické a anorganické zbytky, pigmentové nečistoty, obecné filmové kontaminace, toxické a biologické zbytky nebo znečištění na molekulární/atomové úrovni. Tyto se mohou vyskytovat na povrchu nebo v horních vrstvách dílce. To mění i metody analýzy pro stanovení čistoty. V odborné terminologii se například hovoří o emisních rychlostech, u mikroorganismů o růstových rychlostech a v některých případech o metodách analýzy jako XPS, ATR/FTIR, TOF-SIMS. Nicméně i analýza UV zářením může poskytnout potřebné informace pro kvalitativní hodnocení.