Czyste pomieszczenie samo w sobie nie czyni go czystym

Zmienione wymagania dotyczące czystości pod względem rodzaju i ilości wymagają innych metod kontroli. Oprócz technicznie skomplikowanych i czasochłonnych metod (np. XPS, ATR/FTIR, TOF-SIMS itp.), jako szybka metoda sprawdzania sprawdziła się ocena za pomocą światła UV, która ujawnia nawet najmniejsze cząstki lub włókna. (Zdjęcie/rysunek: LPW)

Wgląd do TDZ: Czyszczenie elementów przed lub w strefie czystej stało się codziennością w ostatnich latach. (Zdjęcie/rysunek: LPW)

Nichts kommt in den Reinraum ohne Vorreinigung, um etwaige Kontaminationen zu vermeiden. (Foto/Grafik: LPW)

Jednostka dostarczająca czystą wodę LPW do końcowych płukań w TDZ stanowi kolejny ważny element zapewnienia jakości procesu. (Zdjęcie/rysunek: LPW)

Jednostka zaopatrzenia w wodę czystą LPW do końcowych płukań w TDZ stanowi kolejny istotny element zapewnienia jakości procesu. (Zdjęcie/rysunek: LPW)

Jakość powietrza w czystym pomieszczeniu w odniesieniu do obciążenia cząstkami i częstotliwości wymiany jest zapewniana przez system filtrów obiegowych i sterowana za pomocą monitorowania danych procesowych (m.in. liczników cząstek). (Zdjęcie/rysunek: LPW)

System czyszczenia może przyczynić się do ponownego zanieczyszczenia, nie tylko podczas samego procesu czyszczenia, przez niezamierzoną krzyżową kontaminację. Również obszar konserwacji jest często jego źródłem i dlatego w systemach LPW jest zawsze umieszczany poza pomieszczeniem czystym. (Zdjęcie/rysunek: LPW)

Schemat (Zdjęcie/Grafika: LPW)

Jeśli chodzi o technikę przemysłowego czyszczenia, coraz częściej mówi się o zastosowaniach przed lub w pomieszczeniach czystych – i to nie tylko w segmentach medycznych i półprzewodnikowych. Jednak czasami można odnieść wrażenie, że sama kombinacja urządzenia czyszczącego z pomieszczeniem czystym stanowi rozwiązanie dla stale rosnących wymagań dotyczących stopnia czystości technicznej. Tak nie jest. Same pomieszczenie czyste nie czyni czystym. Jest ono jedynie elementem skomplikowanej koncepcji całościowej.

Branża znajduje się w fazie przemian. Chociaż niektóre rozwiązania czyszczące wydają się obecnie jeszcze wystarczające, stopniowo osiągają granice swoich możliwości, ponieważ nie uwzględniają pewnych podejść logiczno-analitycznych. Innymi słowy, jeśli nie są one dostosowane do całego łańcucha procesów i warunków otoczenia w kontekście danej specyfikacji czystości, w każdym nawet najmniejszym kroku.

Zmiany na wszystkich poziomach

Aby to zrozumieć, warto spojrzeć wstecz: dawniej istniały klasyczne zadania, na przykład w branży maszynowej oraz przemysłach motoryzacyjnych związanych z układami napędowymi. I z drugiej strony – te z najwyższymi wymaganiami dotyczącymi czystości, związane z odpowiednimi regulacjami i wytycznymi walidacyjnymi (np. w przypadku wyrobów medycznych, systemów optycznych i produkcji wafli). Jednak w ostatnich latach te dwa nurty techniki przemysłowego czyszczenia niemal się zlały. Szczególnie w latach 2019/2020, kiedy to ta tendencja przyspieszyła w wyniku strukturalnych zmian w niemal wszystkich branżach przemysłowych na całym świecie. Prowadzi to do tego, że cała branża musi obecnie zmierzyć się z nowymi wymaganiami technologicznymi i wspólnie z użytkownikami szukać kierunków. Czasami także w związku z potrzebą szybkich rozwiązań.

Ale nie wystarczy działać szybko. Nowe produkty i metody produkcji wymagają zmienionego i bardziej świadomego podejścia do czystości technicznej we wszystkich procesach produkcyjnych. W przeszłości, na przykład, skupiano się na cząstkach i włóknach, dziś dominują między innymi zanieczyszczenia organiczne lub nieorganiczne, molekularne czy też toksyczne, mające wpływ na jakość warunków otoczenia oraz na metody wykrywania. Ponadto, geometria elementów w segmencie czyszczenia drobnego i ultra-drobnego znacznie się skomplikowała. Dodatkowo, rozmiary elementów wahają się od mikro- do XXL-owych komponentów dla systemów litograficznych przemysłu półprzewodnikowego. A kiedyś były to głównie serie wielkoseryjne, dziś raczej mamy do czynienia z małymi seriami lub pojedynczymi elementami.

Ponadto zmieniły się parametry ramowe:

– Elementy wejściowe są często znacznie czystsze niż jakość wyjściowa dotychczas znanych zastosowań (np. w klasycznej motoryzacji).
– „Nowe” zanieczyszczenia często nie są szybko wykrywalne lub oczywiście widoczne.
– Media procesowe (gazowe lub płynne) oraz warunki otoczenia mają bezpośredni wpływ na jakość elementu w całym procesie i mogą między innymi prowadzić do re- lub cross-kontaminacji.

Wymagania dotyczące produkcji i obsługi

Aby sprostać obecnym wymaganiom dotyczącym czystości w produkcji i obsłudze w środowisku wysokiej czystości, konieczne jest jak najwcześniejsze i systematyczne unikanie niepożądanych zanieczyszczeń w łańcuchu procesów, jeszcze przed końcowym czyszczeniem. W praktyce oznacza to, że oprócz wyboru odpowiedniego rozwiązania czyszczącego, szczególnie ważne jest dokładne planowanie procesów wstępnych, warunków otoczenia, stosowanych mediów oraz kolejnych zastosowań. To wymaga zmiany myślenia i odpowiedniej koncepcji całościowej. Bo zwykłe połączenie pojedynczych umiejętności technicznych, takich jak połączenie urządzenia czyszczącego z uzdatnianiem wody oraz „czystym” otoczeniem, nie wystarczy. Kluczowa jest precyzyjna koordynacja poszczególnych aspektów, mająca na celu uzyskanie czystej powierzchni w miejscu końcowego użycia.

Same urządzenie czyszczące jest postrzegane jako element łączący proces wstępny z miejscem użycia, w odpowiednich warunkach otoczenia (np. w pomieszczeniu czystym lub w odpowiednim opakowaniu). Oprócz zapewnienia wyższego poziomu czystości, ma ono także zadanie transferu, czyli stopniowego zapewniania coraz czystszego otoczenia w kolejnych etapach, unikając jednocześnie kontaminacji krzyżowej i re-kontaminacji. Wraz ze wzrostem poziomu czystości podczas procesu czyszczenia, konieczne jest także dostosowanie jakości otoczenia i mediów, aby wykluczyć pogorszenie, aż do pomieszczenia czystego. To pomieszczenie ma za zadanie technicznie i organizacyjnie utrzymać osiągnięty standard elementu aż do miejsca jego użycia.

W praktyce

Niderlandy są ważnym miejscem na mapie europejskiej wysokiej technologii. Tam między innymi koncern ASML produkuje systemy litograficzne EUV dla przemysłu półprzewodnikowego. Dwa firmy z tego sektora zwróciły się do LPW, ponieważ planowano zmianę produkcji z obecnego stopnia 4 (porównywalnego z klasycznymi zadaniami czyszczenia drobnych cząstek) na stopień 2 (z opcją na stopień 1). Oznacza to, że warunki filmowe i drobno cząstkowe w zakresie czyszczenia drobnego i ultra-drobnego muszą spełniać wysokie wymagania dotyczące czystości parametrów otoczenia.

U klienta LowersHanique chodziło o wysokiej jakości elementy szklane i metalowe. W firmie AAE – o szeroki zakres elementów konstrukcyjnych (w głównej mierze aluminiowych) o dużej różnorodności i ogromnej złożoności. W drugim przypadku skupiono się na trudnych kształtach geometrycznych, otworach przelotowych i stołowych o średnicach od 2 do 6 mm (z gwintem i bez), a także na delikatnych powierzchniach. Obie firmy na początku chciały sprawdzić, czy można osiągnąć odpowiednią jakość czyszczenia bez uszkodzenia elementów i jak można zapobiec re- lub cross-kontaminacji. Wstępne testy u innych producentów urządzeń nie przyniosły dotąd zadowalających rezultatów.

Jak więc postępować? Od początku prowadzono intensywną współpracę inżynieryjną. Projekty tego typu nie są dla obu stron rutynowe i wymagają głębokich dyskusji na temat między innymi procesów, materiałów i ich właściwości, obsługi oraz oceny jakości. Każdy etap czyszczenia, czyli mechanika mycia, płukanie i suszenie, musi być testowany i oceniany pod kątem pozytywnych i negatywnych wpływów na oczekiwany efekt. Do tego dochodzi integracja z procesami wstępnymi i końcowymi. Przejście do pomieszczenia czystego musi być zaplanowane z wyprzedzeniem. I to jeszcze zanim zapadnie decyzja o zakupie. Warunkiem jest otwartość i zaufanie do osób zaangażowanych i ich otoczenia. Chodzi głównie o nowy system czyszczący, ale tak naprawdę o wdrożenie wyższych poziomów jakości w produkcji.

Po intensywnych próbach w centrum testowym i usługowym opartym na pomieszczeniach czystych (TDZ) firmy LPW, obejmujących również czyszczenie na zlecenie oraz koncepcję całościowych procesów, LowersHanique i AAE ostatecznie złożyły zamówienia. Dla obu firm wdrożono rozwiązania dostosowane do potrzeb klienta. Jednak zadanie transferu było ostatecznie takie samo w obu projektach: uzyskanie wymaganego poziomu czystości dla kolejnych zastosowań w pomieszczeniach czystych, przy ciągłym ograniczaniu wpływu warunków otoczenia i stosowanych mediów (powietrza, wody, chemii).

Zadania na jutro

Systemy urządzeń już dziś mają zapewniać transfer w opisanej formie. W przyszłości będą musiały jeszcze bardziej dbać o jakość procesów wstępnych (wahania w rodzaju i ilości zanieczyszczeń), własnych procesów (czyszczenie/płukanie/suszenie) oraz parametrów otoczenia. Umożliwi to monitorowanie i dokumentacja oparta na jakości, skoncentrowane na parametrach. Odchylenia należy natychmiast zgłaszać, a w najlepszym przypadku – natychmiast podejmować działania korygujące, przez operatora/odpowiedzialnego za jakość lub w określonych granicach – przez system sam.

LPW od ponad 15 lat realizuje te zadania w zakresie wysokiej czystości i jest jednym z pionierów w tej dziedzinie. Czyszczenie drobne i ultra-drobne złożonych geometrii to jedna z głównych kompetencji, a odpowiednie urządzenia można znaleźć u użytkowników na całym świecie. Oprócz odpowiednich systemów, specjaliści z Ried przeprowadzają również działania wspierające transfer. W tym celu w 2019 roku uruchomiono specjalne centrum testowe i usługowe oparte na pomieszczeniach czystych (TDZ), w którym zespół inżynierów i techników LPW wspiera klientów w realizacji i optymalizacji ich procesów. Ponadto, tam prowadzone są prace nad projektami badawczo-rozwojowymi. Również w warunkach pomieszczeń czystych. Bo choć pomieszczenie czyste samo w sobie nie czyni czystym, to zapewnia, że po odpowiednim procesie całościowym, osiągnięty efekt może bezpiecznie trafić do miejsca jego końcowego użycia.

Informacyjny box: Wymagania wczoraj i dziś

Dotychczas w branży obróbki skrawaniem główny nacisk kładziono na cząstkowe zanieczyszczenia (metaliczne/nietmetaliczne), włókna oraz pozostałości olejowe i emulsje. Kontrola odbywała się głównie przez masę (gravimetria) lub rozmiar w ramach analizy mikroskopowej. W przypadku olejów i tłuszczów – zwykle przez napięcie powierzchniowe lub pomiar fluorescencji.

Obecnie, oprócz tego, chodzi między innymi o resztki organiczne i nieorganiczne, zanieczyszczenia pigmentowe, ogólne kontaminacje filmowe, toksyczne i biologiczne pozostałości, a także zanieczyszczenia na poziomie molekularnym/atomowym. Mogą one występować na powierzchni lub w wyższych warstwach elementu. W związku z tym zmieniły się także metody analizy czystości. W fachowym języku mówi się na przykład o wyciekach gazów, o tempa wzrostu mikroorganizmów i w niektórych przypadkach o metodach analitycznych takich jak XPS, ATR/FTIR, TOF-SIMS. Jednak także analiza światłem UV może dostarczyć niezbędnych informacji do oceny jakościowej.