Pulizia ad alta purezza affidabile: Perché il risciacquo decide tra successo o scarto

Durante il risciacquo si decide se i componenti ad alta purezza raggiungono i limiti di pulizia richiesti, oppure se una ricontaminazione dopo la pulizia causa scarti. I tre fattori principali sono:

– Qualità dell'acqua ultrapura direttamente al Point of Use (particelle, organico/TOC, conducibilità, pH).
– Minimizzazione del trascinamento tra le fasi del processo e gestione definita del risciacquo.
– Tecnologia dell'impianto e igiene del ciclo: materiali idonei, tubazioni ben progettate e monitoraggio continuo.

Il seguente articolo spiega le ragioni di questi leve e mostra perché il risciacquo nella pulizia dei componenti ad alta purezza diventa un passaggio critico del processo sistemico.

Media come fattore limitante

In la pulizia dei componenti ad alta purezza, i requisiti di pulizia sono più severi che in qualsiasi altro settore: limiti massimi consentiti per la composizione chimica della superficie del componente in atom percent, basse emissioni di gas e assenza di particelle nel sotto-micron. La ragione di queste elevate richieste deriva dalle condizioni di vuoto estremo in cui vengono utilizzati i componenti; ad esempio nella litografia EUV, nello spazio o in spettrometri di massa per analisi.

In queste applicazioni, la pulizia diventa una caratteristica di sistema. Ciò significa che l'intero sistema deve essere progettato per raggiungere limiti elevati e prevenire ricontaminazioni. Questo vale anche per i media utilizzati, poiché ogni mezzo di contatto deve rispettare gli stessi limiti elevati per non compromettere le specifiche. Altrimenti, il componente potrebbe non essere pulito correttamente o rischiare una ricontaminazione.

Per l'aria ambiente e l'aria di processo, i limiti sono generalmente gestibili tramite filtrazione HEPA/ULPA e tecnologia di camere bianche. Tuttavia, l'acqua di processo è più complessa. Durante il risciacquo, l'acqua stessa non deve trasportare contaminanti come particelle o organico, altrimenti si rischia una ricontaminazione e la perdita del componente.

Che cosa significa “risciacquo”?

Il risciacquo non è semplicemente “lavare via” un detergente, ma sostanzialmente un diluizione del film di liquido trascinato sulla superficie del componente con acqua di risciacquo. Attraverso la diluizione, si rimuovono e trasportano anche le contaminazioni residue. Per questo, il risciacquo diventa un problema di trasporto di sostanze: l’obiettivo è ridurre la concentrazione di contaminanti da un livello definito a quello successivo, fino a sotto i limiti stabiliti (sia particellari che filmici/organici).

In breve: il componente può essere pulito solo quanto è pulito l’ultimo risciacquo.

Fattori essenziali per una buona qualità di risciacquo

I fattori principali sono la qualità dell’acqua al Point of Use e una minima quantità di trascinamento.

La qualità dell’acqua richiesta dipende, come evidenziato sopra, dai requisiti di pulizia specifici. Spesso si utilizza acqua ultrapura o Ultra Pure Water (UPW) negli ultimi risciacqui, anche se le definizioni standardizzate di acqua ultrapura non sono diffuse nell’area economica europea e i termini vengono talvolta usati in modo non uniforme.

La qualità dell’acqua dipende a sua volta dalla qualità dell’acqua grezza fornita dalla rete cittadina. A seconda della durezza, conducibilità e sali presenti, può essere necessaria una pre-trattamento tramite filtrazione con carbone attivo, filtrazione a particelle, de- manganese o de-icing.

Successivamente, si effettua di solito una osmosi inversa con pressione attraverso una membrana semipermeabile, separando il permeato (a basso contenuto di sali) dal concentrato.

Per requisiti molto elevati, spesso si utilizza un ulteriore trattamento tramite scambio ionico a letto misto o, in alternativa, elettrodeionizzazione (EDI), che funziona continuamente senza prodotti chimici di rigenerazione. A seconda delle esigenze, si possono aggiungere ulteriori stadi come la disinfezione UV o la degasazione.

La qualità dell’acqua viene infine determinata e monitorata tramite parametri come conducibilità, pH o TOC.

Grazie a questa moderna tecnologia di trattamento dell’acqua, si può garantire un’eccellente qualità dell’acqua alla fine di un impianto di trattamento. Tuttavia, ciò che conta di più è la qualità dell’acqua al Point of Use, cioè nel serbatoio o nella camera dell’impianto di pulizia.

Tecnologia dell’impianto come facilitatore: scelta dei materiali, trascinamento, igiene del ciclo

Qui è necessaria una tecnologia di impianto sofisticata, che attraverso un trascinamento minimo, una scelta appropriata dei materiali e, se necessario, un’igiene del ciclo, garantisca la buona qualità dell’acqua al Point of Use. La qualità del risciacquo dipende infatti dal sistema che la sostiene.

Già la progettazione e la costruzione dell’impianto di pulizia devono essere pensate per minimizzare i trascinamenti. Ciò include la separazione rigorosa dei cicli dei media: ogni serbatoio ha un proprio sistema di tubazioni, filtri e pompa. Inoltre, le tubazioni devono essere progettate in modo da ottimizzare il flusso, evitando accumuli di acqua residua. Spesso si trascurano i portautensili e i supporti; anche questi devono essere progettati secondo il motto “forma segue funzione”, in modo da non avere punti di accumulo o grandi superfici dove si possano depositare residui d’acqua.

A seconda del tipo di impianto, ci sono altre caratteristiche costruttive; negli impianti di pulizia immersa, bisogna prestare attenzione a sovrappassi definiti e a piani di separazione tra i serbatoi. I tempi di sgocciolamento e il scuotimento dei portautensili aiutano a prevenire il trascinamento. Per gli impianti a camera, è utile un design ottimizzato per il deflusso, una completa svuotabilità e la pulizia tra le fasi di trattamento.

Inoltre, anche nell’impianto di pulizia, cioè al Point of Use, si dovrebbe monitorare la qualità dell’acqua tramite sensori appropriati.

La scelta dei materiali e delle superfici adatti è altrettanto importante. Per una migliore compatibilità dei materiali, si preferiscono acciai inossidabili V4A (ad esempio 1.4404, 1.4571) invece di V2A, e si deve prestare attenzione alla qualità delle saldature. È assolutamente da evitare il rame. Anche PP e PVDF possono essere adatti per le tubazioni.

Esempio pratico: progettazione di impianti di pulizia per processi di risciacquo ad alta purezza

Come esempio di applicazione pratica, la BvL Oberflächentechnik GmbH cita impianti di pulizia progettati per garantire un’alta qualità di risciacquo al Point of Use, tra cui la separazione dei cicli dei media, la scelta di materiali idonei e il monitoraggio continuo della qualità dell’acqua. Sono menzionati, tra gli altri, l’impianto di pulizia a camera NiagaraUP e l’impianto di immersione AtlanticTR. È possibile effettuare test di prova presso il laboratorio aziendale. Per le analisi, è disponibile anche un sistema di trattamento dell’acqua ultrapura (EnviroFALK) con parametri: conducibilità 0,04 µS/cm; TOC 13,58 ppb.