Hochflexible Ultraschallanlage für die prozesssichere Endreinigung von Mikrostrukturen

Kein Partikel größer 1 µm

Die technologische Weiterentwicklung im Bereich Mikrostrukturen und die Bearbeitung größerer Substrate machten bei der POG Präzisionsoptik Gera ein neues Endreinigungssystem erforderlich. Überzeugt hat das Anlagenkonzept der UCM AG. Es ermöglicht, dass sowohl unbearbeitete Wafer als auch strukturierte und beschichtete Substrate gereinigt werden können. Die Sauberkeitsanforderung „Kein Partikel größer 1 µm“ wird dabei prozesssicher erfüllt.

1991 wird das Zeiss-Werk in Gera geschlossen. Ehemalige leitende Mitarbeiter entscheiden, durch ein Management-Bayout die Tradition der Optikfertigung am Standort Gera zu erhalten und weiterzuentwickeln – die Geburtsstunde der POG Präzisionsoptik Gera GmbH. Heute beschäftigt das Unternehmen 140 Mitarbeiter. Sie entwickeln und produzieren einerseits kundenspezifische, präzisionsoptische Einzelteile, Komponenten und Geräte für den gesamten optischen Spektralbereich. Diese Produkte werden weltweit von Kunden aus dem Maschinenbau, der Messtechnik, industriellen Bildverarbeitung, Medizin- und Lasertechnik, Halbleiterindustrie und Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Andererseits hat sich das Unternehmen als Hersteller standardisierter und kundenspezifischer optischer Mikrostrukturen, beispielsweise Strichplatten, Skalenscheiben, USAF-Testtargets, Mikroblenden und Kalibriernormale, international einen Namen gemacht. In diesem Bereich kann POG den gesamten Entwicklungs- und Fertigungsprozess ebenfalls im Haus durchführen. „Die Fertigung der Mikrostrukturen haben wir vor kurzem hinsichtlich der technologischen Möglichkeiten und der Größe der bearbeitbaren Substrate ausgebaut. Dadurch wurde auch eine neue Anlage für die Endreinigung erforderlich“, berichtet Jan Schubach, ein Geschäftsführer der POG.

Höchste Reinheit gefordert

Hergestellt werden die optischen Mikrostrukturen überwiegend aus dem Glas B 270 und aus Quarzglas sowie aus keramischen und glaskeramischen Werkstoffen. Eine Endreinigung, durch die Staub, feinste Reste von Poliermitteln und Fingerabdrücke entfernt werden müssen, erfolgt sowohl bei den unbehandelten Substraten als auch nach der Strukturierung und der Beschichtung. Da auf die Substrate teilweise Strukturen von nur 2 µm aufgebracht werden, gibt es die Sauberkeitsanforderung: kein Partikel größer 1 µm. Eine Lösung für diese sehr anspruchsvollen Reinigungsaufgaben hat POG gemeinsam mit einem externen Berater entwickelt und mit verschiedenen Anlagenherstellern besprochen.

Eine flexible statt mehrerer spezialisierter Reinigungsanlagen

„Es handelte sich dabei um unterschiedliche Reinigungskonzepte für spezielle Anwendungen wie beispielsweise die Maskenreinigung oder die Reinigung einer bestimmten Substratkonfiguration in der Halbleiterindustrie. Um unsere Aufgaben zu erfüllen, hätten wir vermutlich drei verschiedene Anlagen benötigt. Wir haben uns daher an UCM gewandt. Von diesem Anlagenhersteller haben wir bereits ein Reinigungssystem im Haus und auch unser Berater hatte aus anderen Projekten gute Erfahrungen mit dem Unternehmen“, erklärt Jan Schubach. Gemeinsam mit POG und dem Berater überarbeitete die schweizerische UCM AG, ein Unternehmen der Ecoclean Gruppe, ihr Anlagenkonzept und passte es an. „UCM ist dabei sehr flexibel auf unsere Vorschläge eingegangen und hat die eigenen umfangreichen Erfahrungen im Bau von Reinigungsanlagen für den Optikbereich eingebracht“, erinnert sich der Geschäftsführer.

Die Ultraschallreinigungsanlage verfügt über insgesamt elf Stationen, davon sind sieben Tauchbecken. Sie sind für folgende Prozessschritte ausgelegt: Nass-Beladen, Reinigen mit Mehrfrequenzultraschall (40 und 80 kHz), Reinigen mit Megaschall, Spülen, Feinspülen, Infrarot-Trocknen über ein getaktetes Transportband und Entladen.

Die Nassbeladung sowie alle Reinigungs- und Spülprozesse werden mit VE (vollentsalztem)-Wasser durchgeführt. Je nach Reinigungsprogramm wird das Wasser der Spülen in Kaskade geführt, verworfen oder einem getrennten Ablauf zugeführt. Dies trägt zur hohen Reinigungsqualität bei, ebenso wie der von UCM entwickelte Vierseitenüberlauf bei allen Becken. Das Reinigungs- beziehungsweise Spülmedium wird von unten in die Wannen eingebracht, nach oben transportiert und läuft dann an allen Seiten über. Dadurch werden abgereinigte Kontaminationen sofort aus den Becken ausgetragen. Dies verhindert zum einen eine Rückkontamination der Teile beim Herausnehmen sowie die Bildung von Schmutznestern in den Becken. Zum anderen werden die Substrate intensiv und gleichmäßig behandelt.

Eine zusätzliche Besonderheit weisen die Spülbecken auf. Hier wird das Wasser mit so hohem Druck in das Becken gepumpt, dass sich Turbulenzen bilden. Diese reichen in Verbindung mit der Warenbewegung derzeit aus, um die Substrate ohne Ultraschallunterstützung zu spülen. Um auf zukünftige höhere Anforderungen schnell und einfach reagieren zu können, wurden eine spätere Integration von Ultraschall anlagen- und steuerungstechnisch vorbereitet.

Vollautomatische Reinigungsprozesse im Reinraum

Die Reinigungsanlage ist in einen Reinraum integriert. Die zu reinigenden, bis zehn Zoll großen Substrate werden in speziellen Kassetten manuell in die Transportgestelle der Anlage eingesetzt. Der Mitarbeiter wählt dann das entsprechende teilespezifische Reinigungsprogramm aus. Es ist in der Anlagensteuerung hinterlegt und beinhaltet, welche Stationen jeweils angefahren werden und die Behandlungsparameter in den einzelnen Becken wie beispielsweise Leistung und Frequenz des Ultraschalls sowie Verweilzeit. Damit die definierte Behandlungsdauer in der jeweiligen Station exakt eingehalten wird, ermöglicht die flexible Steuerung die Eingabe von „priorisierten Zeiten“. „Wir arbeiten momentan mit zehn Programmen für die unterschiedlichen Substrate und erzielen bei allen Reinigungsaufgaben hervorragende Ergebnisse, und das von Anfang an. Das Reinigungssystem arbeitet seit der Übergabe im März 2015 einwandfrei. Auch die bei so komplexen Anlagen sonst üblichen Kinderkrankheiten sind nicht aufgetreten“, berichtet Jan Schubach zufrieden.

Autor: Doris Schulz