Partikelkontamination in Reinräumen erkennen und kontrollieren

TapeLift Pad beim Abklatsch (Bild: PMT Partikel-Messtechnik GmbH) / (Image: PMT Partikel-Messtechnik GmbH)

TapeLift Pad bei der Entnahme von der Trägerfolie (Bild: PMT Partikel-Messtechnik GmbH) / (Image: PMT Partikel-Messtechnik GmbH)

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

Wer Partikel in Reinräumen kontrolliert, kennt die ISO 14644. Der bekannteste Teil ist die ISO 14644-1, welcher für die Klassifizierung relevant ist. Weit weniger bekannt ist der Teil -9, welcher sich mit Partikeln auf Oberflächen befasst. Es geht um die Oberflächen von Wänden, Decken, Fußböden, Arbeitsbereichen, Werkzeugen und Produkten. Unterteilt wird in acht SCP-Klassen (surface cleanliness by particle concentration).

Mit dem PartSens 4.0 können Partikel ab ca. 2 μm gemessen und damit die SCP-Klassen 4 – 8 geprüft werden. Bei einem Zulieferer der Halbleiterindustrie wurden in einem Reinraum, der gemäß ISO 14644-1 die Klasse 7 erfüllt, Untersuchungen zur Sauberkeit von Oberflächen durchgeführt.

Im ersten Versuch wurde der Fußboden beprobt. Messstelle 1 befand sich unmittelbar vor einem Arbeitsplatz, an dem Bauteile vermessen werden (im Weiteren Mess-Arbeitsplatz genannt). Messstelle 2 befand sich direkt vor dem Eingang zur Materialschleuse. Mittels eines adhäsiven Pads (sog. TapeLift Pad) wurde an beiden Stellen eine Probe genommen. Das Ergebnis ist in Abbildung 1 zu sehen und entspricht der Erwartungshaltung. Auf dem Boden vor der Schleuse finden sich mehr und größere Partikel. Im Vergleich zu den erlaubten Grenzwerten erfüllt der Mess-Arbeitsplatz die SCP-Klasse 6 und der Bereich vor der Schleuse die SCP-Klasse 7.

Als nächstes wurden die Arbeitsflächen untersucht. Es handelt sich um gebürstete Edelstahltische der Firma Sailer. Diese wurden vom Kunden ausgewählt, weil sie sich durch eine sehr geringe Rauigkeit (Ra < 0,2 μm) auszeichnen und sich dadurch hervorragend reinigen lassen. Gebürstete Edelstahloberflächen, wie die Friedrich Sailer GmbH sie einsetzt, sind hinsichtlich der Oberflächenrauheit nahezu vergleichbar mit elektropolierten Edelstahlflächen. Geschliffenen Edelstahl-Materialien sind diese Oberflächen hinsichtlich der Oberflächenrauigkeit und damit der Reinigbarkeit deutlich überlegen. Aufgrund der hohen Oberflächengüte der Sailer Edelstahltische ist eine direkte Messung ohne Abklatsch mit dem PartSens 4.0 möglich. Minimale Strukturen der Oberfläche können mittels „Riefenmodus“ vom PartSens 4.0 effektiv unterdrückt werden.

Auf einem häufig benutzten Arbeitstisch wurden an zehn verschiedenen Stellen Messungen durchgeführt. Anschließend wurde der Tisch gereinigt und erneut zehnmal an ähnlichen Stellen gemessen. Mit einer Ausnahme ist bei allen zehn Messungen ein Reinigungseffekt sichtbar. Zu sehen sind die Messwerte vor und nach der Reinigung in Abbildung 2. Da die Reinigung sehr gründlich erfolgt ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Zählrate nach der Reinigung der Nullzählrate entspricht. Für die gewählten Messpatameter1 ergab sich eine Nullzählrate von 145 ± 36 Partikel pro Messung.

Weiterhin wurde die Nullzählrate für jeden einzelnen Messkanal bestimmt. Damit wurde es möglich, die Messungen „vor der Reinigung“ um die Nullzählrate zu korrigieren. Somit ist der Vergleich mit den Grenzwerten aus ISO 14644-9 möglich. Im vorliegenden Fall konnte eine SCP-Klasse 7 nachgewiesen werden. Der graphische Vergleich der Messwerte mit den Grenzwerten der ISO ist in Abbildung 3 zu sehen. Die Messwerte im Bereich 1-5 μm sind kritisch zu betrachten, da es sich hier um den absoluten Grenzbereich des Messgeräts handelt.

Da bekannt ist, dass der Mensch eine der Hauptquellen für Partikel im Reinraum ist, wurde vor Verlassen des Reinraums der Reinraumanzug beprobt. Dazu wurde an fünf Stellen mithilfe eines TapeLift Pads eine Probe genommen. Bei den Stellen handelt es sich um Brust, Oberarm, Handinnenfläche, Wange und Oberschenkel. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Über 90% der Partikel sind kleiner als 50 μm und nichtmetallisch. Aufgrund der Häufigkeit und Partikelform handelt es sich hierbei vermutlich um Hautschuppen. Weiterhin wurden einige kleinere, metallisch glänzende Partikel sowie zwei Fasern gefunden. Besonders auffällig war darüber hinaus ein großer metallisch glänzender Partikel im Bereich 600 bis 1.000 μm, welcher in Abbildung 4 zu sehen ist.

Die gesamte Partikelgrößenverteilung der auf dem Reinraumanzug verteilten Partikel ist in Zahlen in Tabelle 1 gelistet und bildlich in Abbildung 5 zu sehen. Die Verteilung entspricht qualitativ den üblichen Beobachtungen bei verschiedenen Messungen in anderen Reinräumen und unterstreicht die Relevanz der ISO 14644-9. Zur Beurteilung der Sauberkeit des Reinraums und der darin produzierten Produkte ist die Messung der partikulären Oberflächenreinheit eine sinnvolle Ergänzung der Messung luftgetragener Partikel wie in ISO 14644-1 und -2 beschrieben.