Deeltjescontaminatie in cleanrooms herkennen en controleren

TapeLift Pad bij het afdrukken (Afbeelding: PMT Partikel-Messtechnik GmbH) / (Image: PMT Partikel-Messtechnik GmbH)

TapeLift Pad bij het verwijderen van de dragerfolie (Afbeelding: PMT Partikel-Messtechnik GmbH) / (Afbeelding: PMT Partikel-Messtechnik GmbH)

(Bild: PMT Partikel-Messtechnik GmbH) / (Afbeelding: PMT Partikel-Messtechnik GmbH)

Wie Partikels in Reinruimtes controleert, kent de ISO 14644. Het bekendste deel is de ISO 14644-1, die relevant is voor de classificatie. Veel minder bekend is het deel -9, dat zich bezighoudt met deeltjes op oppervlakken. Het gaat om de oppervlakken van muren, plafonds, vloeren, werkgebieden, gereedschappen en producten. Het wordt onderverdeeld in acht SCP-klassen (surface cleanliness by particle concentration).

Met de PartSens 4.0 kunnen deeltjes vanaf ca. 2 μm worden gemeten en daarmee de SCP-klassen 4 – 8 worden gecontroleerd. Bij een toeleverancier van de halfgeleiderindustrie werden in een cleanroom, die volgens ISO 14644-1 klasse 7 voldoet, onderzoeken naar de oppervlaktereinigheid uitgevoerd.

In de eerste proef werd de vloer bemonsterd. Meetpunt 1 bevond zich direct voor een werkplek waar onderdelen worden gemeten (hierna de meetwerkplek genoemd). Meetpunt 2 bevond zich direct voor de ingang van de materiaalklep. Met behulp van een kleefpad (zogenaamde TapeLift Pad) werd op beide plaatsen een monster genomen. Het resultaat is te zien in afbeelding 1 en komt overeen met de verwachtingen. Op de vloer voor de klep bevinden zich meer en grotere deeltjes. In vergelijking met de toegestane grenswaarden voldoet de meetwerkplek aan SCP-klasse 6 en het gebied voor de klep aan SCP-klasse 7.

Vervolgens werden de werkoppervlakken onderzocht. Het gaat om geborstelde roestvrijstalen tafels van het bedrijf Sailer. Deze werden door de klant geselecteerd omdat ze zich onderscheiden door een zeer lage ruwheid (Ra < 0,2 μm) en daardoor uitstekend te reinigen zijn. Geborstelde roestvrijstalen oppervlakken, zoals die van Friedrich Sailer GmbH, zijn qua oppervlakteruwheid vrijwel vergelijkbaar met elektrogepolijste roestvrijstalen oppervlakken. Geslepen roestvrijstalen materialen zijn qua oppervlakteruwheid en daarmee de reinigbaarheid duidelijk superieur. Vanwege de hoge oppervlakteruwheid van de Sailer roestvrijstalen tafels is een directe meting zonder afdruk mogelijk met de PartSens 4.0. Minimale structuren van het oppervlak kunnen effectief worden onderdrukt door de 'Riefenmodus' van de PartSens 4.0.

Op een vaak gebruikte werktafel werden op tien verschillende plaatsen metingen uitgevoerd. Vervolgens werd de tafel gereinigd en opnieuw tien keer gemeten op vergelijkbare plaatsen. Op één na is bij alle tien metingen een reinigingseffect zichtbaar. Te zien zijn de meetwaarden vóór en na de reiniging in afbeelding 2. Omdat de reiniging zeer grondig is uitgevoerd, kan worden aangenomen dat de telrate na de reiniging de nul-telrate is. Voor de gekozen meetparameters1 resulteerde dit in een nul-telrate van 145 ± 36 deeltjes per meting.

Daarnaast werd de nul-telrate voor elk afzonderlijk meetkanaal bepaald. Hierdoor was het mogelijk om de metingen 'voor de reiniging' te corrigeren met de nul-telrate. Zo kon de vergelijking met de grenswaarden uit ISO 14644-9 worden gemaakt. In dit geval kon SCP-klasse 7 worden vastgesteld. De grafische vergelijking van de meetwaarden met de grenswaarden van de ISO is te zien in afbeelding 3. De meetwaarden in het bereik van 1-5 μm moeten kritisch worden bekeken, omdat dit het absolute grensbereik van het meetinstrument betreft.

Aangezien bekend is dat de mens een van de belangrijkste bronnen van deeltjes in de cleanroom is, werd vóór het verlaten van de cleanroom het cleanroompak bemonsterd. Hiervoor werden op vijf plaatsen monsters genomen met behulp van een TapeLift Pad. Het gaat om de borst, bovenarm, binnenkant van de hand, wang en dij. De resultaten staan in tabel 1. Meer dan 90% van de deeltjes is kleiner dan 50 μm en niet-metaalachtig. Vanwege de frequentie en de vorm van de deeltjes gaat het waarschijnlijk om huidschilfers. Daarnaast werden enkele kleinere, metallisch glanzende deeltjes en twee vezels gevonden. Vooral opvallend was een groot metallisch glanzend deeltje in de omvang van 600 tot 1.000 μm, dat te zien is in afbeelding 4.

De totale deeltjesgrootteverdeling van de op het cleanroompak verspreide deeltjes wordt in cijfers weergegeven in tabel 1 en visueel in afbeelding 5. De verdeling komt qua aard overeen met de gebruikelijke observaties bij verschillende metingen in andere cleanrooms en onderstreept het belang van ISO 14644-9. Voor de beoordeling van de netheid van de cleanroom en de daarin geproduceerde producten is het meten van de partikeloppervlakte-reinheid een nuttige aanvulling op de meting van de luchtbeloopdeeltjes zoals beschreven in ISO 14644-1 en -2.