Una camera bianca da sola non rende pulito

Requisiti di pulizia modificati in termini di tipo e quantità, richiedono metodi di controllo diversi. Oltre a procedure tecnicamente complesse e che richiedono molto tempo (ad esempio XPS, ATR/FTIR, TOF-SIMS, ecc.), si è dimostrata efficace come metodo rapido la valutazione tramite luce UV, che rende visibili anche le particelle o le fibre più piccole. (Foto/Grafica: LPW)

Panoramica sul TDZ: La pulizia dei componenti prima o durante la camera bianca è diventata una routine negli ultimi anni. (Foto/Grafico: LPW)

Nessuno entra nella camera bianca senza pre-trattamento, per evitare eventuali contaminazioni. (Foto/Grafica: LPW)

L'unità di fornitura di acqua deionizzata LPW per i risciacqui finali nel TDZ rappresenta un altro elemento importante per garantire la qualità del processo. (Foto/Grafica: LPW)

L'unità di fornitura di acqua deionizzata LPW per i risciacqui finali nel TDZ rappresenta un altro elemento importante nel garantire la qualità del processo. (Foto/Grafica: LPW)

La qualità dell'aria in camera bianca in relazione all'inquinamento particellare e alla frequenza di ricambio, è garantita da un sistema di filtri a ciclo chiuso e controllata tramite un monitoraggio dei dati di processo (tra cui contatori di particelle). (Foto/Grafica: LPW)

Il sistema di pulizia può contribuire alla contaminazione successiva, non solo nel processo di pulizia stesso, ma anche nell'area di manutenzione, che spesso rappresenta una fonte di contaminazione ed è quindi sempre collocata al di fuori dell'ambiente sterile nei sistemi LPW. (Foto/Grafica: LPW)

Schema (Foto/Grafico: LPW)

Se’ si tratta di tecnologia di pulizia industriale, si parla sempre più frequentemente di applicazioni prima o all’interno di ambienti controllati – e non solo nei segmenti medico e dei semiconduttori. Tuttavia, talvolta si ha l’impressione che la semplice combinazione di un impianto di pulizia con una camera bianca costituisca la soluzione alle crescenti esigenze di purezza tecnica. Non è così. Una camera bianca da sola non rende pulito. È semplicemente parte di una concezione complessiva complessa.

Il settore è in fase di trasformazione. Sebbene alcune soluzioni di pulizia sembrino ancora sufficienti, progressivamente raggiungono i limiti delle proprie capacità, poiché non tengono conto di determinati approcci logico-analitici. In parole semplici, se non sono allineate con l’intera catena di processo e le condizioni ambientali, sotto l’aspetto delle specifiche di purezza richieste. E ciò in ogni singolo passo, anche il più piccolo.

Cambiamenti a tutti i livelli

Per comprenderlo, è utile un breve sguardo retrospettivo: un tempo c’erano da un lato i compiti classici, ad esempio nel settore della costruzione di macchine e dell’industria automobilistica dei gruppi propulsori. E dall’altro le esigenze di purezza più elevate, associate a regolamenti e requisiti di validazione (ad esempio per dispositivi medici, sistemi ottici e nella produzione di wafer). Tuttavia, negli ultimi anni, queste due linee di tecnologia di pulizia industriale sono praticamente cresciute insieme. Soprattutto nel 2019/2020 questa evoluzione ha subito un’accelerazione grazie alla ristrutturazione strutturale in quasi tutti i settori industriali a livello globale. Ciò porta l’intero settore a confrontarsi con le nuove esigenze tecnologiche e a cercare orientamenti insieme agli utenti. Talvolta anche in risposta alla richiesta di soluzioni rapide.

Ma non basta essere veloci. I nuovi prodotti e metodi di produzione richiedono un cambiamento e una maggiore consapevolezza nell’approccio alla purezza tecnica in tutti i processi produttivi. In passato, ad esempio, si concentravano su particelle e fibre, mentre oggi si considerano anche contaminazioni organiche o inorganiche molecolari, tossiche, con impatti sulla qualità delle condizioni ambientali e sui metodi di verifica. Inoltre, la complessità geometrica dei componenti nel segmento di pulizia fine e ultra-fine è notevolmente aumentata. Inoltre, le dimensioni dei componenti variano da micro a XXL, destinati ai sistemi di litografia dell’industria dei semiconduttori. E mentre un tempo si trattava principalmente di grandi serie, oggi si lavora più spesso con piccole serie o singoli pezzi.

Inoltre, sono cambiati anche i parametri di riferimento:

– I componenti all’ingresso sono spesso molto più puliti rispetto alla qualità di uscita delle applicazioni finora conosciute (ad esempio nell’industria automobilistica classica).
– Le “nuove” contaminazioni spesso non sono facilmente rilevabili o visibili immediatamente.
– I mezzi di processo (gassosi o liquidi) e le condizioni ambientali influenzano direttamente la qualità del componente nel processo complessivo e possono portare a ri-contaminazioni o contaminazioni crociate.

Requisiti di produzione e manipolazione

Per soddisfare le attuali esigenze di purezza in produzione e manipolazione in ambienti ad alta purezza, è fondamentale evitare contaminazioni indesiderate nella catena di processo il prima possibile e in modo sistematico, prima della fase finale di pulizia. In termini pratici, ciò significa che, oltre alla scelta della soluzione di pulizia più adatta, devono essere pianificati accuratamente i pre-processi, le condizioni ambientali, i mezzi impiegati e le applicazioni successive. Ciò richiede un cambio di mentalità nel gestire questa tematica e una concezione complessiva adeguata. Perché una semplice combinazione di capacità tecniche isolate, come l’abbinamento di un impianto di pulizia con un sistema di trattamento acqua e un ambiente “pulito”, non basta. È necessaria una regolazione fine degli aspetti singoli, con l’obiettivo di ottenere una superficie pura nel punto di utilizzo finale.

L’impianto di pulizia stesso deve essere visto come il collegamento tra il pre-processo e il luogo di utilizzo, con condizioni ambientali adeguate (ad esempio in camera bianca o in un imballaggio idoneo). Oltre a garantire un livello di purezza superiore, ha anche il compito di trasferire progressivamente un ambiente di purezza crescente nelle fasi successive, evitando contaminazioni crociate o di ri-contaminazione. Con l’aumentare del livello di purezza durante il processo di pulizia, anche la qualità dell’ambiente e dei mezzi deve essere adeguata per evitare deterioramenti, fino ad arrivare alla camera bianca. Questa ha il compito, sia dal punto di vista tecnico che organizzativo, di mantenere lo standard raggiunto del componente fino al luogo di utilizzo.

In pratica

I Paesi Bassi sono un importante centro della tecnologia avanzata europea. Tra le altre, lì produce il gruppo ASML sistemi di litografia EUV per l’industria dei semiconduttori. Due fornitori di questo settore si sono rivolti a LPW, poiché era prevista la transizione dalla produzione dal livello 4 (paragonabile a compiti di pulizia particellare classica) al livello 2 (con opzione per il livello 1). Ciò significa che le condizioni di film e particelle fini nella pulizia fine e ultra-fine devono rispettare elevati requisiti di purezza dei parametri ambientali.

Il cliente LowersHanique si occupava di componenti in vetro e metallo di alta qualità. La ditta AAE di una vasta gamma di componenti strutturali (principalmente in alluminio), con grande variabilità e complessità. Nel secondo caso, l’attenzione era rivolta a forme geometriche difficili, forature passanti e cieche con diametri tra 2 e 6 mm (con o senza filettature), e superfici sensibili. Entrambi i clienti volevano, nella prima fase, verificare se fosse possibile pulire senza danneggiare i componenti e come evitare ri-contaminazioni o contaminazioni crociate. Prove preliminari con altri produttori di impianti non avevano ancora portato a risultati soddisfacenti.

Come procedere allora? Fin dall’inizio si è svolto un intenso co-engineering. Progetti di questo tipo non sono automatici per entrambe le parti e richiedono discussioni approfondite su processi, materiali e loro caratteristiche, manipolazione e valutazione della qualità. Ogni singolo passo di pulizia, cioè meccanica di lavaggio, risciacquo e anche asciugatura, deve essere testato e valutato in relazione ai suoi effetti positivi e negativi sul risultato richiesto. Si deve inoltre considerare il collegamento con i processi pre e post. Il passaggio nella camera bianca deve essere pianificato con anticipo, molto prima di una decisione di acquisto effettiva. È fondamentale quindi apertura e fiducia nelle persone coinvolte e nel loro ambiente. Si tratta principalmente di una nuova macchina di pulizia, ma in realtà di una messa in atto di livelli qualitativi più elevati in produzione.

Dopo le prove intensive nel centro di test e servizi in camera bianca (TDZ) di LPW, comprensive di servizi di lavaggio conto terzi e di una progettazione di processi complessivi adeguati, LowersHanique e AAE hanno infine affidato i loro ordini. Per entrambe le aziende sono state implementate soluzioni personalizzate. Tuttavia, la sfida di trasferimento era alla fine la stessa: ottenere il livello di purezza richiesto per le applicazioni successive in camera bianca, riducendo costantemente gli effetti esterni delle condizioni ambientali e dei mezzi impiegati (aria, acqua, chimica).

Le sfide di domani

I sistemi di impianto già oggi devono garantire il trasferimento come descritto. In futuro, dovranno inoltre occuparsi molto di più della qualità dei pre-processi (variazioni nel tipo e nella quantità di contaminanti), dei propri processi (pulizia/risciacquo/asciugatura) e dei parametri ambientali rilevanti. Ciò sarà possibile grazie a un monitoraggio di qualità orientato ai parametri di processo, con supervisione e documentazione continue. Le deviazioni devono essere segnalate immediatamente e, in condizioni ottimali, devono essere adottate misure correttive subito, dal responsabile di processo o di qualità, o anche dal sistema stesso entro limiti definiti.

LPW si occupa di queste sfide di alta purezza da oltre 15 anni ed è tra i pionieri in questo settore. La pulizia fine e ultra-fine di geometrie complesse rappresenta una delle competenze principali, con impianti di questo tipo presenti in tutto il mondo. Oltre ai sistemi adeguati, i specialisti di Riedersich dispongono anche di strumenti periferici per garantire il trasferimento. Nel 2019 è stato aperto il centro di test e servizi in camera bianca (TDZ), appositamente creato, in cui il team di LPW Applikations Engineering, composto da tecnici e ingegneri, supporta i clienti nell’implementazione e ottimizzazione dei loro processi. Qui si svolgono anche attività di ricerca e sviluppo, anche in condizioni di camera bianca. Perché, sebbene una camera bianca da sola non renda pulito, garantisce che, dopo un processo complessivo conforme ai requisiti, il risultato ottenuto con fatica possa essere trasferito in modo sicuro al luogo di utilizzo effettivo.

Box informativo: requisiti di ieri e di oggi

Finora, l’attenzione nell’industria di lavorazione dei materiali si è concentrata principalmente su contaminazioni particellari (metalliche/non metalliche), fibre e residui di olio e emulsioni. La verifica avveniva tramite peso (gravimetria) o analisi microscopica per particelle e fibre. Per oli e grassi, di solito si usava la tensione superficiale o misurazioni di fluorescenza.

Oggi, invece, si considerano residui organici e inorganici, contaminazioni pigmentate, contaminazioni filmiche generali, residui tossici e biologici, o anche contaminazioni a livello molecolare/atomico. Questi possono essere presenti sulla superficie o negli strati superiori del componente. Di conseguenza, anche i metodi di analisi per determinare la pulizia sono cambiati. Si parla di tassi di gas rilasciati, tassi di crescita di microrganismi e, in alcuni casi, di tecniche analitiche come XPS, ATR/FTIR, TOF-SIMS. Tuttavia, anche l’analisi con luce UV può fornire le informazioni necessarie per una valutazione qualitativa.