Heeft mijn product een cleanroom nodig? Analyse contaminatie risico s productieprocessen. Koos Agricola. R&D Océ Technologies

7-7-2013

Heeft mijn product een cleanroom nodig? Analyse contaminatie risico’s productieprocessen

Koos Agricola R&D Océ Technologies

VCCN Montorgroep: Micro-Electronica / Fijnmechanica / Optiek Willem Kamp TNO Jerry van Lonkhuijzen CCT Ivo Franzen C Rien Ijf ASML Ruud Geilleit DHV AIB

3e VCCN National CleanroomDag

1

Inhoud

 Faalmechanismen product / proces  Contaminatie bronnen

 Contaminatie matrix  Ordenen ernst contaminatie bronnen  Aanpak contaminatie problemen  Voorbeelden  Opbrengst versus kosten


2

1

7-7-2013

Faalmechanismen product / proces

 Inventarisatie faalmechanismen t.g.v. 

  

deeltjes contaminatie Inventarisatie faalmechanismen t.g.v. moleculaire contaminatie Theoretische en praktische analyse Pareto analyse Inventarisatie potentiële bronnen van contaminatie


3


4

Procesdrum in CPS 700

2

7-7-2013

Procesdrum: interconnectie

40 20 40 µm


5

Inventarisatie faalmechanismen  Deeltjes contaminatie:   

tussen reinigen en uitharden isolaag, 15 µm tussen laseren en metalliseren, 15 µm aanbrengen geleidende lagen, 40 µm

 Gevolgen   

Kortsluiting door defecten in dam t.g.v. deeltjes in isolerende laag (> 20 μm) Slechte hechting door contaminatie drum Open verbindingen door deeltjes in geleidende sporen voor of tijdens proces

 Moleculaire contaminatie 

Te coaten oppervlakken vrij van koolwaterstoffen etc.

 Gevolgen 

Slechte hecting gecoate lagen


6

3

7-7-2013

Theoretische en praktische analyse  Theoretische eisen <-> compenserende factoren  hoe groot was het killer deeltje (defecten analyse)  Procesdrum: oorzaak uitval deeltjes > 50 µm.  hoe schoon was het oppervlak (hechtingssterkte)

 Theoretische eisen <-> huidige ervaring  Onder welke omstandigheden worden prototypes nu gemaakt en wat zijn de huidige faalmechanismen? 

Statistische informatie



Procesdrum: Klasse 10.000 + lokaal klasse 100


7

Pareto analyse Vastleggen van het optreden van defecten:  Maak eenduidige omschrijving van het probleem.  Inventariseer over een relevante periode de problemen. Pareto

90

80

80

70

70

60

60

50

50

40

40

30

30

20

20

10

10

kristallen in toplaag

zwarte punten in print

3e VCCN National CleanroomDag bekraste toplaag.

speekselvlek op drumopp.

0

stofdeeltje in toplaag

0

Reject rate (%)

100

90

gat in generatielaag

Relative frequency (%)

100

8

Failure Code

4

7-7-2013

Inventarisatie potentiële bronnen van contaminatie Media gassen vloeistoffen

Verpakking

Kleding Onderdelen Product

Mens

Equipment Slijtage Onderhoud

proces-, meet- en hulpapparatuur

Lucht omgeving

Infrastructuur luchtbehandeling bouw indeling


9

Opstellen contaminatie matrix  Aard van contaminatie  Welke bronnen?  Hoe te meten?  Hoe te voorkomen?  Hoe te verwijderen?


10

5

7-7-2013

Voorbeeld contaminatie matrix Contaminatie-Matrix Deeltjesgrootte in nm: moleculair 0-2 nm Aard v. contaminatie: atomair CxHy

Welke bronnen:

Hoe te meten:

Hoe te voorkomen:

Hoe te verwijderen:

cleanroomlucht Oxydatie uitgassing transport reiniging Mat.keuze SAW (surface RGA (?) acoustic waves) adsorptie transmissie Vacuum N2 spoelen uitgassen materiaalkeuze uitstoken UV/ozon solvents

< 25

< 50 Moleculair Restresidu airborne part. debris van div. materialen

Wrijving B.Alpert (?) SEM

< 300

< 1.000 < 1 um

< 5.000

< 50.000

Airborne particles St.St. / Al / Kunstst. H2O Vingerafdr. Airb. Part. Bewerkingen Atmosfeer Wrijving Pirani Laser diffractie (KLA Tencor)

Piezo

Zichtbaar

Microscoop Plakstrip

system engineering Filter materiaalkeuze Perslucht (geen deeltjes- Stofzuiger generatie) Voorlichting co-suppl ??? solvents idem als < 300 muWater/zeep ? solvents Ultrasoon/megasoon Water/zeep impulsoverdracht: Ultrasoon/megasoon - CO2 sneeuw - CO2 sneeuw - cryogenic Ar laser cleaning dry and wet laser cleaning cleaning


11

Bepalen ernst contaminatiebron  Wat is de kans op een bepaalde contaminatie?  Wat zijn de gevolgen van deze contaminatie?  Product verlies  Kwaliteitsverlies  Rework  Kan de contaminatie gemeten worden?  Na detectie kan contaminatie mogelijk weggenomen worden.  Na detectie kan deelproduct niet verder afgewerkt worden.  Kwantificering m.b.v. Failure Mode & Effect Analysis


12

6

7-7-2013

Failure Mode and Effects Analyse (FMEA)  Kwantificeren op ernst faalrisico  Engineeringtool uit ruimtevaart en automobielindustrie.  Risico-analyse van een ontwerpvoorstel voor nieuw procesequipment.  Kwaliteitsanalyse interne productieprocessen.  Kwaliteitsanalyse van door leveranciers geleverde grondstoffen / onderdelen.  Middel om verschillende disciplines te betrekken bij analyse.  Middel om discussie tussen leverancier en klant te verdiepen. Het identificeren van risico’s of potentiële fouten in een product of proces.  Ordenen ernst contaminatiebronnen.  Vervolgens het opzetten van verbeteracties.


13

Bepaling kans op contaminatie  Productoppervlak A  Blootstellingtijd T  Neerslag van deeltjes N

in cm2 of dm2 in minuten N/dm2/uur

 Aanwezigheid moleculaire contaminatie M  Kans = A*T*N of A*T*M  Opstellen schaal van 1-5


14

7

7-7-2013

FMEA stappen  De inventarisatie van de Contaminatiebronnen.  Kwantificeer de kans van optreden

(Occurrence).

 Kwantificeer de ernst van de gevolgen

(Severity).

 Kwantificeer de meetbaarheid

(Detection).

 Bereken het risico: Risk Priority Number = O * S * D. 1

2

3

4

5

Occurrence:

zeer laag

laag

mogelijk

hoog

zeer hoog

Severity:

geen

gering

matig

hoog

zeer zwaar

Detection:

zeer goed

goed

matig

slecht

zeer slecht


15

Voorbeeld bepalen RPN Reinheid onderdeel:  Kans (Occurrence) 

b.v. gereinigd onderdeel ligt onverpakt 1 uur op tafel met een (gemeten) neerslag van 5 killerdeeltjes /dm 2 /uur; het oppervlak is 8 cm2; de kans op een deeltje is dus 0,4.

 Dit schalen we b.v. op O=2.  Gevolgen (Severity)  

b.v. directe uitval product, S=5

 Meetbaarheid (Detection)  

b.v. met een microscoop zijn killerdeeltjes te detecteren: dus D=1

 Risk Priority Number = 2*5*1 = 10


16

8

7-7-2013

Vervolg Analyse contaminatie risico’s Resultaat FMEA is prioriteitsvolgorde. Nu werken aan volgende vragen:  Hoe kan de contaminatie voorkomen worden?   

wegnemen contaminatie bronnen verkleinen blootstellingtijd cleanroom / mini environment

 Hoe kan de contaminatie verwijderd worden?  Hoe is de contaminatie te meten?  Kan de gevoeligheid voor contaminatie

verkleind worden?  

Aanpassen product en/of proces ontwerp Veranderen proces of assemblage volgorde


17


18

9

7-7-2013

Coaten isolerende laag Procesdrum

A

B

Downflow Stofklasse 100


19

Defecten aanbrengen isolaag procesdrum  Slechte hechting door contaminatie drum  Kortsluiting door defecten in dam t.g.v. deeltjes in

isolerende laag (> 20 μm)


20

10

7-7-2013

Risico deeltjes in isolerende laag  Neerslag deeltjes > 50 μm / dm2/uur  Verblijftijd in minuten  Kans = N*T*A, A = 12 dm2 neerslag tijd in min   

reiniging (droogsectie) transport isocoater

0,9 23,6 2,3

5 0,3 12

kans

O

= 0,9 = 1,4 = 5,5

2 3 4


21

Risico bepaling mbv FMEA  Effect

Severity Occurence Detection

 Kans  Detecteerbaarheid  Risico   

reiniging transport isocoater

S

O

D

4 4 5

2 3 4

2 2 4

= = =

16 24 80

 Acties ter vermindering risico   

aanpassing isocoater regelmatige reiniging isocoater koppelen isocoater en reiniging


22

11

7-7-2013

Praktijkcase bij OPC produktie

Toner OPC

Printhead Corona


23

Vervolg OPC case.  Een drum fotogeleider wordt in een cleanroom

geproduceerd.  De printkwaliteit is onvoldoende vanwege

teveel puntvormige fouten (witte punten in zwarte vlakken en zwarte punten in witte vlakken) in de kopie. reinigen drum  Het productieproces:

spuitcoaten hechtlaag

opdampen generatielaag

spuitcoaten toplaag

visuele controle op defekten

periodieke printcontrole


24

12

7-7-2013

Vervolg OPC case.  Samenstelling verbeterteam: 

Production engineer

(processen kennis)



Hoofdoperator

(details productie)



R&D engineer

(Know-how functionaliteit)



Quality engineer

(Printkwaliteit)

 Leggen relatie tussen type printfout <-> foutenbron

in het productieproces.  Groeperen type fouten middels een Pareto analyse.


25

Vervolg OPC case

40

30

30

20

20

10

10

0

0

Reject rate (%)

50

40

bekraste toplaag.

60

50

kristallen in toplaag

70

60

zwarte punten in print

80

70

speekselvlek op drumopp.

90

80

stofdeeltje in toplaag

Type probleem Aantal % gat in generatielaag 37 stofdeeltje in toplaag 28 speekselvlek op drumopp. 15 zwarte punten in print 11 kristallen in toplaag 5 bekraste toplaag. 4 totaal: 100

100

90

gat in generatielaag

code a b c d e f

Relative frequency (%)

Pareto 100

Failure Code

Volgens de Pareto analyse wordt door wegwerken van fouttype a en b reeds meer dan 60% van de defecten opgelost. 3e VCCN National CleanroomDag

26

13

7-7-2013

Vervolg OPC case. Na opmaak van een FMEA kwam de prioriteit in het defectenonderzoek toch anders te liggen: code a b c d e f

Type probleem Aantal % Severity Occurrence Detection RPN-waarde gat in generatielaag 37 2 5 2 20 stofdeeltje in toplaag 28 2 5 2 20 speekselvlek op drumopp. 15 3 3 3 27 zwarte punten in print 11 5 3 5 75 kristallen in toplaag 5 4 1 5 20 bekraste toplaag. 4 5 1 1 5

Oplossing: Reinigen procesapparatuur


27

Resultaten van deze aanpak  Leren gezamenlijk contaminatie bronnen en 

  

risico’s op te sporen en te bestrijden. Bepalen welke maatregelen nodig zijn voor het product. Aangeven welk product of welk proces vraagt om welke cleanroom. Voorkomen van overkill of onderschatting. Een goede analyse van contaminatie risico’s productieprocessen vraagt veel werk. Het verwachtingspatroon erna is, dat er serieus aan verbeteringen gewerkt wordt.


28

14

7-7-2013

Opbrengst versus kosten  Ontwerp product  Ontwerp proces  Ontwerp equipment  Isolatie product  Werkwijze  Discipline medewerkers  Reiniging procesapparatuur  Reiniging cleanroom  Gebruik cleanroom producten  Meten deeltjes neerslag en in de lucht  Meten reinheid  Kosten - Baten Analyse. 3e VCCN National CleanroomDag

29

Samenvatting aanpak contaminatie  Inventarisatie faalmechanismen  

theoretisch praktisch (defectenanalyse, Pareto e.d.)

 Inventarisatie contaminatie bronnen 

opstellen contaminatie matrix

 Prioriteitstelling dmv FMEA   

kans op contaminatie ernst gevolgen meetbaarheid

 Bedenken verbeteroplossingen   

ontwerp product, proces en equipment blootstelling, isolatie werkwijze, tooling

 Kosten baten analyse


30

15

7-7-2013

Reactie formulier


31

16

Heeft mijn product een cleanroom nodig? Analyse contaminatie risico s productieprocessen. Koos Agricola. R&D Océ Technologies

Recommend Documents