SONDER- 24849 AUSGABE - .AFM (Clear & Clean-Forschungs-Labor) REINRAUM-VERBRAUCHSMATERIAL ReinRaumTechnik

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  • SONDER-AUSGABE

    19. JAHRGANGJANUAR

    2017

    2484

    9

    Sonderausgabe

    Win Labuda

    Reinraum-Verbrauchsmaterial Aspekte, Simulation, Argumente

  • s

    hots

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    otol

    ia

    Know-how und News fr Forschung und Industrie.

    Die fhrende Fachpublikation im deutschsprachigen Raum fr Betreiber und Nutzer von Reinrumen 19. Jahrgang 5 Ausgaben pro Jahr 14.000 qualifi zierte Leser (IVW)

    Kontakt Redaktion: roy.fox@wiley.com Tel.: +49 6201 606 714Kontakt Verkauf: roland.thome@wiley.com Tel.: +49 6201 606 757

    Reinraumtechnik Steriltechnik Hygiene Produktion

    ReinRaumTechnik

    Vorsprung durch Wissen!

  • ReinRaumTechnik 2017 // 3

    V O R W O RT

    Liebe Leserinnen, liebe Leser,wir freuen uns Ihnen heute eine Sonderausgabe unserer Publikation ReinRaumTechnik prsentieren zu knnen.

    In den vergangenen beiden Jahren konnten zum Thema Reinraum-Verbrauchsmaterial im Clear & Clean-Forschungslabor unter der Leitung von Win Labuda, eine Reihe neuer Erkenntnisse gewonnen werden, die zu einem sehr umfangreichen Manuskript fhrten. Im Rahmen unserer normalen Ausgabe wre eine Publi-kation dieses Umfangs schwierig geworden.

    Mit der Verffentlichung dieses Sonderheftes versuchen wir, sowohl dem Thema als auch dem Autor gerecht zu werden. An dieser Stelle mchte ich mich bei Win Labuda fr seinen unermdlichen fachlichen Einsatz und seine Treue zu unserer Zeitschrift von Beginn an herzlich bedanken. Wir wnschen Ihnen viel Vergngen bei der Lektre.

    Ihr

    Roy T. FoxChefredakteur

    Vorwort

    Widmung

    Danksagung

    Diese Arbeit ist dem niederlndischen Physiker Lodevicus Hermans gewidmet in Dankbarkeit fr lebenslange Freund-schaft und exzellenten fachlichen Rat.

    AnmerkungIn diesem Aufsatz sind wesentliche Gedanken aus der Arbeit Reinraum-Verbrauchsmaterial Kontaminationsquelle im reinen Fertigungsprozess? von W. Labuda, L. Hermans und H. J. Kiggen ReinRaumTechnik 9-2015 bernommen und zusammengefasst.

    und AutorenhinweisIch danke von Herzen: Herrn Dipl.-Ing. Thomas von Kahl-den fr seinen sachkundigen und ausfhrlichen Kommentar zu dieser Arbeit den Herren Dipl.-Phys. Lodevicus Hermans, Dipl.-Ing. Christoph Hocke sowie Dr.-Ing. Heinz-Josef Kiggen fr das ausgezeichnete Lektorat und so manche notwendi-ge Korrektur. Herrn Dr. Peter Ehrler fr sein nimmermdes Drngen zur Aufarbeitung der Themen Oligomer-Partikel und filmische Kontamination, aber auch dafr dass er nun ber 30 Jahre lang mein Erzfreund ist. Herrn Dipl.-Ing. Thomas von Kahlden und Herrn Carsten Moschner fr ihre Hinweise zum Thema BodyBox, Herrn Martin Gerstmann fr die Durch-fhrung der umfangreichen Laborarbeiten, Frau Cora Ipsen fr die Textgestaltung, und meiner lieben Frau Yuko fr die fotografische Arbeit und Unmengen von ihrem kstlichen Ingwer-Tee.

  • 4 // ReinRaumTechnik 2017

    Vorwort 3 Danksagung 3

    Einfhrung 5

    Teil I Aspekte 6

    Nur eine kleine Minderheit 7 Verbrauchsmaterial-Markt in Zahlen 8 Reinheit und Kontamination 8 Fertigungsprozess als kybernetisches System 9 Prozessspezifische Kontaminations-Barriere 9 Partikulre Kontamination 10 Oligomere Partikel aus dem Innern 10 Biotische partikulre Kontamination 11 Filmische Kontamination 11 Beispiel getrnkte Reinigungs-Tcher 13

    Teil II Simulation 14

    Realitt und Simulation von Partikelfreisetzung 14 Plausible Simulations-Kenngren 15 Analytik von Endotoxin-Partikeln 16 Analytik von Oligomer-Partikeln 17 Realitt und Simulation filmischer Kontamination 17 Gasfrmige Kontamination (VOCs) 18 ToF/SIMS Sekundrionen-Massenspektrometrie 20 Tropfenkonturanalyse 20 Indikatorplatte 20 Vorsicht Praxis-Test 20 Einfaches Prf-Instrumentarium

    universell einsetzbar 21

    Ausgewhlte Prfmethoden 22 Prfung der Gebrauchs-Partikel-Freisetzung von Reinraum-Handschuhen 22 Handschuhe: IEST-Tauchmethode 23 Handschuhe: C&C-ManuStretch-Test 23 Prfung der Gebrauchs-Partikel-Abgabe

    von Reinraum-Tchern 24 Reinigungstcher: IEST-Tauch-Methode 25 Reinigungstcher: Gelboflex-Methode 25 Reinigungstcher: C&C-Transfer-Test 26 Reinigungstcher: C&C-Walk-Test 26 Reinigungstcher: Piezoelektrische Wgung 27 Die Prfung der Gebrauchs-Partikel-Abgabe

    von Reinraum-Bekleidung 28 Bekleidung: ASTM-Methode 28 Bekleidung: Helmke-Drum-Test 28 Bekleidung: Containment-Methode 29

    Teil III Argumente 32

    Partikel-Anteil des Verbrauchs-Materials an der Gesamt-Partikel-Menge im Gro-Reinraum 32

    Mensch und Bekleidung 32 Handschuhe 33 Reinraumtcher 33 Fazit 34 Spezifizierungs- und Zertifizierungs-Tauglichkeit 34 Pro und Kontra der Einfhrung neuer Ver -

    brauchs-Material-Spezifikationen 35

    Zusammenfassung 36

    Literatur 38

    Biografie 40

    Impressum 41

    US-Spezifikation Commercial item description (CID) 41

    ASTM-American Society for Testing and Material 42 Reinraum-Verbrauchsmaterial-Spezifikationen 3. US

    I N H A LT

    Inhalt

  • REINRAUM-VERBRAUCHSMATERIAL

    ReinRaumTechnik 2017 // 5

    Indikatorplatte vor einem feuchten Wischvorgang

    Indikatorplatte nach einem feuchten Wischvorgang

    Mitarbeiter des Fraunhofer-Instituts IPA hatten 2014 in einen Aufsatz [5] die Meinung geuert, Reinraum-Ver-brauchsmaterial htte eine immense Auswirkung auf die Reinheit der Produktions-Umgebung. Der Kontaminations-Einfluss des Verbrauchsmaterials werde hufig unterschtzt und daher sei es als besonders kritisch einzustufen. Ein Expertenteam hatte dieser Vermutung eine differenzierte Sichtweise entgegengestellt [2]. Dennoch hat das Fraunho-fer-Institut einen Industrie-Verbund Reinraum-Verbrauchs-material CSC ins Leben gerufen. Der soll neue Prfmetho-den fr das Reinraum-Verbrauchsmaterial erarbeiten und diese zur ISO-Norm fhren. Ein Zertifizierungs-Eldorado welches den Instituten da winkt. Bezahlen mssten das freilich die Anwender, und fr die Meisten von denen ist der Nutzen denkbar gering. In der vorliegenden Arbeit wird das Reinraum-Verbrauchsmaterial in den Kontext des reintechnischen Prozess-Geschehens gestellt, Simulations- und Prfmethoden werden errtert und am Ende steht eine Abwgung des Fr und Wider neuer Spezifikationen.

    Win LabudaClear & Clean-Forschungslabor

    Reinraum-VerbrauchsmaterialAspekte, Simulation, Argumente

  • REINRAUM-VERBRAUCHSMATERIAL

    6 // ReinRaumTechnik 2017

    Teil 1 - Aspekte

    Zur Materialgruppe des Reinraum-Verbrauchs-materials gehren Bekleidung, Handschuhe, Reinigungstcher und Stbchen, Papier und Notizbcher, Atem-Masken, Schuhe, Mopp-Systeme und Verpackungs-Material. Aus Platz-grnden werden in der vorliegenden Arbeit jedoch lediglich die Partikelfreisetzung von Handschuhen, von Tchern sowie des Men-schen und seiner Bekleidung behandelt.

    Reine Fertigungsprozesse erfordern reines Ver-brauchsmaterial heit es. Das scheint zunchst einmal plausibel. Wie rein das Material fr ei-nen bestimmten Fertigungsprozess sein muss, das lsst sich bisher jedoch nicht eindeutig beantworten. Infolge dieser Unsicherheit wird ein Groteil des Reinraumverbrauchsmaterials vorsichtshalber fertigungsgem dekontami-niert. Zum Teil kommt es auch aus Fertigungs-prozessen die einen vergleichsweise hohen Reinheitsgrad haben. Aber trotz relativ reiner Fertigung oder sorgfltiger Dekontamination finden sich an den Verbrauchsmaterialoberfl-chen stets Spuren von Kontamination. Theore-tisch knnten sie in die sensiblen Kernbereiche des Prozess-Geschehens gelangen und die Prozessausbeute mindern. Dieser Aufsatz ist den Zusammenhngen zwischen Reinraum-Verbrauchsmaterialkontamination und vermu-

    teter Prozessgefhrdung gewidmet. Zunchst einige Beispiele zur Verdeutlichung des Begriffs Kontamination:

    Wenn sich in den Werken von Armbanduh-ren Staubpartikel befinden, kommt es zu einer Laufhemmung und die Uhren bleiben stehen.

    Wenn sich auf den Linsen von Kameraobjek-tiven, insbesondere aber auf den lichtemp-findlichen Oberflchen der Bildsensoren dnne Fettfilme oder Partikel befinden, dann leidet die Bildqualitt.

    Gelangen Partikel, Keime und andere Fremdstoffe whrend der Chip-Fertigung auf die Wafer, kann es infolge dessen bei der Steuerung von Flugzeugen, Kraftfahr-zeugen oder medizinischen Gerten zu prekren Ausfallsituationen kommen.

    Die genannten funktionsbehindernden Fremd-stoffe werden als Kontamination bezeichnet. Wir unterscheiden zwischen partikulrer, filmischer, gasfrmiger und flssiger Kontami-nation. In dieser Schrift beschftigen uns vor Allem die partikulre und die filmische Konta-mination. Es ist bekannt, dass partikulre und filmische Kontamination in vielen Fllen mitei-nander einher gehen. Wo Partikel sind, da sind oftmals auch kontaminierende Filme in die sie eingebettet sind oder an denen sie haften.

    Wenn wir die Qualitt des heute angebotenen Reinraum-Verbrauchsmaterials ohne die Zuhil-fenahme von Mess- und Prftechnik beurtei-len mssten, dann spricht schon die einfache Logik fr das existierende Verbrauchsmaterial. Halbleiter- und Pharma-Industrie haben sich im vergangenen viertel Jahrhundert bei Ver-wendung des jeweiligen Materials eindrucks-voll entwickelt. In Wahrheit bestimmen die beiden Industriezweige heute unser gesamtes Leben. Verbrauchsmaterial, das die Prozess-ausbeute mindert, gibt es praktisch nicht mehr. Es wrde vom Defect Engineering in den Betrieben der HiTech-Industrien unverzglich bemerkt und durch Hherwertiges ersetzt [12, 13]. Und ganz wesentlich: Das Verbrauchs-material-Portfolio ist in seiner Vielfalt heute so ausgestattet, dass nahezu jeder Qualittsan-spruch der Anwender erfllt werden kann.

    Abb. 2 AFM-10 x 10 m-Scan nach feuchtem Wischen mit Reinraum-Reinigungstuch. Mehrere Partikel sind ein-gebettet in atmosphrisches Kondensat, Naio-Nanosurf AFM (Clear & Clean-Forschungs-Labor)

  • REINRA