High Purity-Reinigung – was steckt dahinter?

Unterschiedliche Bauteile, Branchen und Anforderungen

Die Termini sind eng miteinander verwandt. Denn bei allen sind sehr hohe Level an partikulärer Sauberkeit, zum Teil bis in den Nanometer-Bereich, und extrem strenge Vorgaben hinsichtlich filmischer Restkontaminationen zu erfüllen. Und doch gibt es Unterschiede. So wird High Purity häufig im Zusammenhang mit der Halbleiter-Zulieferindustrie, unter anderem der Herstellung von Komponenten für die EUV-Lithographie, sowie in der Hochvakuumtechnik (XHV, UHV und UCV) verwendet. Neben partikulären und filmisch-organischen sowie anorganischen Verunreinigungen, sind hier Hydrogen Induced Outgassing (HIO)-Stoffe beziehungsweise Elemente zu berücksichtigen. Das heißt, diese Stoffe dürfen weder im Bauteilwerkstoff noch in den Bearbeitungs- und Reinigungsmedien enthalten beziehungsweise auf der Oberfläche gereinigter Bauteile vorhanden sein. Denn selbst kleinste Mengen können im Vakuum ausgasen und zu Kreuzkontaminationen führen beziehungsweise den Vakuumdruck begrenzen. Dadurch wären die Voraussetzungen für eine einwandfreie Herstellung von beispielsweise Halbleitern und Mikrochips sowie Hightech-Sensor- und Analysesystemen nicht mehr gegeben. In der Präzisions- und Feinstreinigung gibt es diese Anforderung üblicherweise nicht.

Die bei der Reinigung zu erfüllenden Vorgaben zur partikulären Sauberkeit erfolgt durch Angabe der entsprechenden Oberflächenreinheitsklasse (ORK). Die filmisch-chemische, organische und anorganische Oberflächenreinheit wird meist durch individuelle Spezifikationen beziehungsweise Werksnormen definiert. Hinzu kommen gegebenenfalls Ausgasungsraten, die über Massenspektrometer ausgewertet werden. Diese Vorgaben sind üblicherweise nicht allgemein zugänglich.

Den gesamten Fertigungsprozess im Blick

Diese anspruchsvollen Sauberkeitsvorgaben lassen sich nicht nur durch eine Reinigungsanlage allein erfüllen, hier liegt der Fokus noch deutlich stärker als bei klassischen Reinigungsaufgaben auf der gesamten Fertigungskette, einem sauberkeitsgerechten Teilehandling und den Umgebungsbedingungen. Ein Aspekt sind dabei die vorgelagerten Bearbeitungsprozesse. Sie müssen das Sauberkeitsziel der High Purity-, Präzisions- oder Feinstreinigung unterstützen. Nicht gegeben ist dies bei einer Bearbeitung, bei der beispielsweise Bestandteile des Bearbeitungsmediums so in die Oberfläche eingearbeitet werden, dass sie nicht oder nicht ausreichend abgereinigt werden können.

Entsprechend ausgelegte Anlagentechnik

Zum Einsatz kommen sowohl mit flüssigen Medien betriebene Kammer- und Ultraschall-Mehrbadtauchanlagen mit angepasster Verfahrenstechnik und Trocknung als auch trockene Reinigungsverfahren wie die CO₂-Schneestrahltechnologie, Plasmareinigungs- und Vakuum-Ausheizsysteme. Wesentliche Kriterien bei der Auswahl der geeigneten Reinigungstechnik sind die zu erzielende Sauberkeit, die zu entfernende Verunreinigung sowie Material und Geometrie des Bauteils. Auf dieser Basis lässt sich festlegen, welche und wie viele Prozessschritte mit welcher Technik erforderlich sind. Die optimale Lösung kann auch aus einer Kombination verschiedener Verfahren bestehen. Für die häufig geforderte Überwachung und Kontrolle der Prozessparameter stehen entsprechende Lösungen zur Verfügung. 

Unabhängig davon, welche Reinigungstechnik eingesetzt wird, die Anlagen müssen darauf ausgelegt sein, die hohe Sauberkeit zu erzielen sowie Re- und Kreuzkontaminationen zu vermeiden. Dies beinhaltet beispielsweise die Auswahl der Werkstoffe und Anlagenkomponenten ebenso wie die Verarbeitung. Schweißungen, Ecken und Kanten, an denen sich selbst minimale Schmutzmengen sammeln können, sind dabei kontraproduktiv.

Aufs Medium achten

Im Vergleich zur klassischen Reinigung, bei der häufig viel Öl, Emulsion und Späne entfernt werden müssen, sind es in der Feinst-, Präzisions- und High Purity-Reinigung oft nur minimale Restmengen. Je nach Verunreinigung und Sauberkeitsanforderung kann dies ein Lösemittel sein, wobei es dann meist ein konventioneller modifizierter Alkohol ist. Anders sieht es bei wässrigen Reinigern aus. Diese Medien werden speziell dafür formuliert, die letzten verbliebenen Verunreinigungen von der Oberfläche zu entfernen und dabei keine neuen aufzubringen. Dafür muss der Reiniger deutlich besser abspülbar sein. Insgesamt hat das Spülen hier einen deutlich höheren Stellenwert als in der herkömmlichen Reinigung mit wasserbasierten Medien. Entsprechend verfügen die Anlagen über mehr Spülstufen, darüber hinaus wird deutlich mehr darauf geachtet, kein Spülmedium von einem ins nächste Becken zu verschleppen.
Die verwendete Wasserqualität unterscheidet sich ebenfalls. Angepasst an die Aufgabenstellung wird entsprechend aufbereitetes Wasser verwendet. Es kommen Osmose (RO)-, vollentsalztes (VE) und Reinstwasser (UPW) zum Einsatz.

Keine Rückverschmutzung durch die Umgebung

Ein weiterer wesentlicher Aspekt ist die Umgebung, in der hochrein gereinigte Bauteile gehandelt werden. Abgestimmt auf die Sauberkeitsspezifikation erfolgt die Reinigung beziehungsweise Ausgabe der Teile in einen Sauber- oder Reinraum. Ist ein Reinraum erforderlich, richtet sich die Reinraumklasse nach der zu erzielenden Oberflächenreinheitsklasse. Um dabei kostspielige Reinraumfläche zu sparen, kann die mit entsprechenden Luftfiltersystemen ausgestattete Reinigungsanlage in einem sauberen Bereich platziert und die Teileausgabe durch eine Schleuse in den Reinraum realisiert werden. Selbstverständlich braucht es hier auch entsprechend geschultes und ausgestattetes Personal. Insbesondere beim Einstieg in die Fertigung von Teilen mit sehr hohen Ansprüchen an die Sauberkeit kann es sinnvoll sein, die Reinigung an einen erfahrenen und entsprechend ausgestatteten Dienstleister zu übertragen.