Procesowo niezawodne czyszczenie wysokiej czystości: Dlaczego płukanie decyduje o sukcesie lub odpadzie

Podczas płukania decyduje się, czy elementy o wysokiej czystości osiągną wymagane graniczne wartości czystości, czy też ponowna kontaminacja po czyszczeniu spowoduje odpadnięcie produktu. Kluczowe są przede wszystkim trzy czynniki:

– Jakość wody reinstalacyjnej bezpośrednio na punkcie użycia (cząsteczki, organiczne związki/TOC, przewodność, pH).
– Minimalne przenikanie między etapami procesu i zdefiniowane prowadzenie płukania.
– Technologia urządzeń i higiena obiegu: odpowiednie materiały, przemyślane rurociągi oraz ciągłe monitorowanie.

Poniższy artykuł wyjaśnia tło tych czynników i pokazuje, dlaczego płukanie w czyszczeniu elementów wysokiej czystości staje się krytycznym etapem procesu systemowego.

Media jako czynnik ograniczający

W czyszczeniu elementów wysokiej czystości obowiązują wymagania dotyczące czystości, jak w żadnej innej branży: dopuszczalne graniczne wartości składu chemicznego powierzchni elementu w atomach procentowych, niskie wskaźniki outgassing i brak cząstek w submikronowym zakresie. Powód tych wysokich wymagań wynika z ekstremalnych warunków próżniowych, w których elementy są stosowane; na przykład w litografii EUV, w przestrzeni kosmicznej lub w spektrometrach mas do analityki.

W tych zastosowaniach czystość staje się cechą systemową. Oznacza to, że cały system musi być tak zaprojektowany, aby osiągać wysokie graniczne wartości i wykluczać ponowną kontaminację. Dotyczy to szczególnie używanych mediów, ponieważ każde medium kontaktowe musi również spełniać wysokie graniczne wartości, aby nie naruszyć specyfikacji. W przeciwnym razie element nie może zostać odpowiednio wyczyszczony lub grozi mu ponowna kontaminacja.

Granice dla powietrza otoczenia i powietrza procesowego są na przykład zasadniczo możliwe do opanowania przez filtrację HEPA/ULPA i technologię czystych pomieszczeń. Jednak bardziej skomplikowane jest wodne procesowe. Podczas płukania samo woda nie może przenosić zanieczyszczeń, takich jak cząstki czy związki organiczne, w przeciwnym razie grozi ponowna kontaminacja i odpadnięcie elementu.

Co oznacza „płukanie”?

Płukanie to nie tylko „zmywanie” środka czyszczącego, lecz w istocie rozcieńczanie rozprzestrzenionego filmu cieczy na powierzchni elementu za pomocą wody płuczącej. Rozcieńczanie to jednocześnie powoduje usunięcie i wypłukanie pozostałych zanieczyszczeń. W ten sposób płukanie staje się problemem transportu substancji: celem jest zdefiniowane obniżenie koncentracji zanieczyszczeń z etapu na etap do poziomu poniżej określonych granic (zarówno cząstkowych, jak i filmowych/organicznych).

Krótko mówiąc: element może być tak czysty, jak czysta jest ostatnia faza płukania.

Kluczowe czynniki dla dobrej jakości płukania

Podstawowe czynniki dla dobrej jakości płukania to jakość wody na punkcie użycia i minimalne przenikanie.

Wymagana jakość wody zależy, jak wyjaśniono powyżej, od odpowiednich wymagań dotyczących czystości. Często w ostatnich etapach płukania stosuje się tzw. wodę reinstalacyjną lub Ultra Pure Water (UPW), przy czym znormalizowane definicje w europejskim obszarze gospodarczym dla wody reinstalacyjnej nie są powszechne, a terminy są czasami używane niejednolicie.

Jakość wody zależy z kolei od jakości surowej wody miejskiej. W zależności od twardości, przewodności i zawartych soli może być konieczne wstępne uzdatnianie przez filtrację węglową, filtrację cząstek, odmanganianie lub odladzanie.

Następnie zwykle stosuje się odwróconą osmozę za pomocą ciśnienia przez półprzepuszczalną membranę, oddzielając permeat (niskosoli) od koncentratu.

Przy bardzo wysokich wymaganiach często stosuje się kolejne etapy, takie jak wymiana jonów w mieszanym łóżku lub alternatywnie elektrodejonizacja (EDI), która działa ciągle bez chemikaliów regeneracyjnych. W zależności od wymagań dodaje się dodatkowe etapy, np. dezynfekcję UV w celu redukcji mikroorganizmów lub odgazowanie.

Jakość wody jest ostatecznie określana i monitorowana na podstawie parametrów takich jak przewodność, pH czy wartość TOC.

Dzięki tej nowoczesnej technologii uzdatniania wody można zapewnić doskonałą jakość wody na końcu instalacji uzdatniania. Jednak kluczowe jest przede wszystkim monitorowanie jakości wody na punkcie użycia, czyli w zbiorniku lub komorze urządzenia czyszczącego.

Technologia urządzeń jako czynnik umożliwiający: wybór materiałów, przenikanie, higiena obiegu

W tym celu konieczne jest zaawansowane rozwiązanie technologiczne, które poprzez minimalne przenikanie, odpowiedni wybór materiałów i ewentualnie higienę obiegu zapewnia wysoką jakość wody na punkcie użycia. Ponieważ jakość płukania jest tylko tak dobra, jak system, który ją obsługuje.

Już koncepcja i konstrukcja urządzenia czyszczącego muszą być zaprojektowane tak, aby zminimalizować przenikanie. Dotyczy to konsekwentnego oddzielenia obiegów mediów: każdy zbiornik ma własny układ rurociągów, własne filtry i własną pompę. Ponadto prowadzenie rurociągów musi być zoptymalizowane pod kątem przepływu, aby nie gromadziły się w nich resztki wody. Często pomija się pojemniki i stojaki na towary. Również one muszą być zaprojektowane zgodnie z zasadą „forma podąża za funkcją”, tak aby nie miały miejsc sprzyjających gromadzeniu się wody lub dużych powierzchni.

W zależności od typu urządzenia istnieją dodatkowe szczegóły konstrukcyjne; w przypadku urządzeń zanurzeniowych do czyszczenia przenośników należy zwrócić uwagę na określone przelewy i przegrody między zbiornikami. Czas schnięcia i wstrząsanie ładunkami wspomagają zapobieganie przenikaniu. W przypadku urządzeń z komorami korzystne jest zoptymalizowane pod kątem odpływu projektowanie komory, jej całkowite opróżnienie oraz czyszczenie między etapami obróbki.

Dodatkowo w urządzeniu czyszczącym, czyli na punkcie użycia, powinna być stosowana odpowiednia sensorystyka do monitorowania jakości wody.

Dobór odpowiednich materiałów i powierzchni jest równie istotny. Ze względu na lepszą kompatybilność materiałową należy stosować stal nierdzewną V4A (np. 1.4404, 1.4571) zamiast V2A, zwracając uwagę na odpowiednią jakość spawania. Całkowicie należy zrezygnować z mosiądzu. PP i PVDF mogą również nadawać się do rurociągów.

Przykład praktyczny: projektowanie urządzeń czyszczących dla procesów płukania wysokiej czystości

Jako przykład praktycznego wdrożenia firma BvL Oberflächentechnik GmbH podaje urządzenia czyszczące, które mogą być zaprojektowane tak, aby zapewnić wysoką jakość płukania na punkcie użycia, między innymi dzięki oddzielnym obiegom mediów, odpowiedniemu doborowi materiałów i monitorowaniu jakości wody podczas procesu. Przykładami są systemy NiagaraUP do czyszczenia komór i AtlanticTR do zanurzeniowego czyszczenia. Próbne czyszczenia są możliwe w własnym laboratorium firmy. Do testów dostępne jest również uzdatnianie wody reinstalacyjnej (EnviroFALK) (parametry: przewodność 0,04 µS/cm; TOC 13,58 ppb).