Clean Rooms en wat daarbij komt kijken

Kees de Wit : ASML

Kees de Wit

Even voorstellen

ASML maakt machines voor het vervaardigen van microchips. Ons nieuwste platform de NXE werk met Extreem Ultra Violet . EUV kan zich het best in het vacuüm voortplanten. Onze EUV machines kunnen spoortjes van 22 nm afbeelden met een overlay van 3,5 nm. De EUV machines zijn zeer gevoelig voor vervuiling. Dat vertaald zich in hoge eisen die wij aan onze leveranciers stellen met betrekking tot reinheid van de onderdelen

Kees de Wit : Clean Technology Subject Matter Expert @ ASML

> 25 jaar in semiconductors contamination control, defectivity en lithography

Huidige relevante projecten : NXE return flow- Wereldwijd Mobiele Clean Rooms installatie project- Cleaning training WW - Clean Pack project

Interessante link on EUV presrelease :

http://asml.corptv.datiq.net/Q32009/ASMLwmvsmall.html

In deze presentatie zal ik me hoofdzakelijk richten op clean rooms voor machine bouw.

Slide 2 |22-May-12

Kees de Wit

Hoeveel “clean” room is noodzakelijk

Een clean room is voor veel ondernemers een grote

investering

Het kan geen kwaad eerst een aantal overwegingen te

doorlopen voordat de opdracht vergeven wordt

Grofweg kan de checklijst als volgt ingedeeld worden� Hoe clean is nodig voor uw product nu, of in de nabije

toekomst� Hoe groot (of uitbreidbaarheid)� RFQ aan de hand van het hierboven beschreven pakket van

eisen (RFQ = Request For Quotation)

Slide 3 |22-May-12

Kees de Wit

Waar aan denken bij een clean room aanschaf

� Processen� Vanaf welke processtap wordt reinheid noodzakelijk

� Hoe schoon moeten de stadia in het proces zijn?

� Logische afloop van het proces in de schone ruimte

� De Clean room keuze� Meest gangbare ISO klassen

� ESD ? (EPA = ESD Protected Area)

� Inrichting

� Onderhoud� Reinigen

� Kleding

� Kwalificeren

Slide 4 |22-May-12

Kees de Wit

Vanaf welke processtap wordt reinheid noodzakelijk

� Werk verricht in een clean room is duur� Probeer het moment van de transfer naar de clean room zo laat

mogelijk te kiezen� Dat reduceert clean room tijd

� En reduceert vervuilingsbronnen in de clean room

� Grofweg kan de volgende indeling gemaakt worden� Verspanende en damp genererende bewerkingen in een productie

hal (inclusief ontvetten etc)

� Tijdelijke opslag in de “White room”

� Clean room reinigen in een pre-clean room

� Assemblage, final clean en clean pack, in de clean room

� Vraag :� Is een hele clean room nodig ?

� Kan het ook met een “King-size” flow kast ?

Slide 5 |22-May-12

Kees de Wit

Werken in schillen

� Maak een afscheiding, tussen deeltjes of damp genererende processen

en de ruimte waar de clean room staat.

� Wist u dat een ruimte waarvan de vloer, de wanden en het plafond

gecoat worden, tot 100x schoner is dan een onbehandelde ruimte. Een

eenvoudige latex op de muren doet wonderen

� Vermijd verlaagde plafonds, dat zijn enorme stofnesten

� Zorg dat deuren niet open kunnen blijven staan

� Installeer een gefiltreerde aanblaas

� Een beetje overdruk naar de productie ruimte helpt zeker mee

Slide 6 |22-May-12

Kees de Wit

Logische afloop van het proces in de schone ruimte

� Een constant hoge reinheid kan gehaald worden door:� Process flows van elkaar te scheiden. Dat voorkomt cross-

contaminatie. Bijvoorbeeld� Vuile flow (Vaak ingaand)� Schone flow (Vaak uitgaand of vóór clean pack)� Kleedsluis van goederen sluis te scheiden� “Vuile transport bakken buiten, schone binnen (Gebruik andere kleur)

� Werk van vuil naar schoonste of schonere plekken in de clean room

� Final clean en clean pack op schoonste plek(zie een voorbeeld van een intake en cleaning sequence op de volgende pagina)

Slide 7 |22-May-12

Kees de Wit

Voorbeeld van een Clean & Clean-Pack flow in een ASML NXE Clean Facility

Slide 8 |22-May-12

1 2

3

456

7

8

1. Part arrives2. Part identification, integrity check and pre-clean3. Temporary storage4. Deep clean5. Wet clean (If applicable)6. Bake out / cool down and clean pack7. Shipment or permanent storage pack

Kees de Wit

De clean roomClean room concepten voor parts manufacturing

�Down flow (Bij benadering ISO 3 – 6)

� Verticale lucht stroming� Hoge filterdichtheid� Lage uitstroom weerstand bij uittreding� Zeer grote “reclycle rate”

�Cross flow (Bij benadering ISO 3 – 6)

� Horizontale lucht stroming� Hoge filter dichtheid� Lage uitstroom weerstand bij uittreding

�Turbulent flow (Bij Benadering ISO 6 – 9)

� Verticale/circulaire luchtstroming� Relatief lage filter dichtheid (bijv < 1/10 van het plafond opp)� Relatief hoge uitstroom weerstand

Slide 9 |22-May-12

Recycle rate = het aantal keren, dat de lucht in de clean room volledig is vervangen

Kees de Wit

Clean room class in relatie tot ASML grades

Slide 10 |22-May-12

� Voor ASML grade 2 of 1 is dus een ISO class 5 (ISO 14644) of beter clean room nodig

Opmerking: De stippellijntjes zoals hier getekend zijn niet conform ISO14644-1 maar geven een werkbare

schatting

Kees de Wit

De clean roomOpties om ISO7 te halen

� Turbulent en verticle flow is ISO7 goed haalbaar (is zeker niet laminair)

☺☺☺☺ Goede spoeling

☺☺☺☺ Redelijk geprijsd �

� Cleanliness per werkpositie kan zeer variëren

� De ingeblazen lucht moet goed afgevoerd kunnen worden� Houd de return kanalen vrij van obstakels. (Overleg met de clean room

bouwer waarde return kanalen kunnen/moeten komen. Vaak kan er in het

ontwerp rekening worden gehouden met de posities van de return kanalen)

� Laat de clean room karakteriseren om de optimale en zwakke posities te bepalen

� Zet tafels en rekken liefst 10-15 cm van de wand. Dit verbeterd de spoeling over en onder de tafel

Slide 11 |22-May-12

Kees de Wit

De Clean RoomDe opties om ISO5 te halen

� Turbulent is ISO5 moeilijk te halen ☺☺☺☺ Goede spoeling

���� Voor ISO 5, zeer prijzig vanwege groot filter oppervlak

� Down flow ISO5☺☺☺☺ In flow kasten met geperforeerd werkblad goed haalbaar en stabiel

(Let op geen gesloten werkblad !)

���� Verrijdbare down flow kabinetten erg variërend resultaat door grote

ongecontroleerde lek die makkelijk geïnverteerd kan worden.

(Bijvoorbeeld tocht)

� Cross flow☺☺☺☺ In flow kasten goed haalbaar en stabiel te combineren met

gesloten werkbladen

☺☺☺☺ Kan ook toegepast worden in clean room vorm tegen vergelijkbare

prijzen als turbulent flow

���� Erg gevoelig hoe het proces in gericht wordt

���� Enkel voor kleinere clean rooms

Slide 12 |22-May-12

Kees de Wit

Crossflow clean room zoals gebouwd voor ASML in Japan

Hoewel de clean room nog niet helemaal gereed was ware de eerste afname

tests zeer goed. Let op de flush afwerking van wanden en plafond.

Slide 13 |22-May-12

Kees de Wit

Reinheid in een clean room

� De reinheid in een clean room is niet zo uniform als vaak aangenomen. Dat kan veroorzaakt worden door :� Turbulenties

� In horizontaal vlak bij turbulent cleanrooms� In vertikaal vlak bij vertical flow clean rooms� Hoe hoger de ruimte inblaas hoe kleiner de reinheid variaties in het horizontale vlak.

� Processen die deeltjes genereren

� Dichter naar de vloer neemt het aantal deeltjes per volume eenheid en hun grootte exponentieel toe� Vuistregel: Plaats daarom producten die gevoelig zijn voor

contaminatie niet lager als tafel niveau

� Laat de clean room kwalificeren� Zonder een kwalificatie rapport (ref. ISO 14644) is een clean room

slechts een geventileerde ruimte met filters

Slide 14 |22-May-12

Kees de Wit

ESD of niet ESD (ESD = Electrostatic discharge)

�ESD in de clean room overwegen wanneer :� Elektronische componenten gehandeld gaan worden� Zeer delicate mechanisch componenten gehandeld gaan

worden (Bijvoorbeeld SPF’s, MEM’s etc.)� Vanaf ISO klasse 5 en beter

�Meerkosten voor ESD� De clean room zelf is nauwelijks duurder� Meubilair hoeft niet duurder te zijn� Aanschaf ESD test middelen noodzakelijk� Striktere procedures om compliant te blijven

Slide 15 |22-May-12

Gemeten met een Metriso 2000

Het is af te raden om het helder groene gebied

voor ESD gevoelige activiteiten te gebruiken.

Kees de Wit

Inrichting

� Rekken� Draadrekken

� Goede spoeling, vooral voor ISO7 ruimtes� Zeer moeilijk te reinigen� Nadeel, kleine onderdelen vallen door het gaas heen.

Vaak wordt dan een plastic zak over het rooster gelegd. Niet goedBeter is dan het gebruik van lage bakken (bv van de voedsel industrie)

� In geval van Cross Flow clean rooms zijn massieve bladen de voordeligste oplossing

� Tafels� Vermijd geplastificeerde spaanplaat

� Pas op met RVS bladen� Sommige RVS bladen geven zwart af (Passivatie, e-polish)� Onveilig bij gebruik van electrische apparaten

� Er zijn goede HPL - ESD bladen in de handel verkrijgbaar

� Indien combineerbaar, zoveel mogelijk meubilair op wielen� Zeer gewenst in verband met clean room reiniging

� Dit maakt de inrichting flexibel

Slide 16 |22-May-12

Kees de Wit

Reinigen

� Een clean room blijft niet vanzelf schoon� Leg de verantwoordelijkheid voor het reinigen bij één persoon� Overweeg de reiniging, of een deel daarvan uit te besteden

� Clean room reiniging is een vak apart� Leg je oor te luister bij die gespecialiseerde bedrijven en delegeer

eventueel de verantwoordelijkheid naar hun

� Maak een reinigingsschema en controleer regelmatig� Indien de reiniging deels in eigen beheer, deels uitbesteed is, stem de

schema’s goed op elkaar af, zodat geen overbodig werk ontstaat

� Gebruik enkel Clean Room schoonmaakmiddelen� Gebruik bij voorkeur geen doeken op papier basis

� Wanneer� Vloeren zijn het vuilst. Minimaal eens per dag.

� Werk indien van toepassing van upstream naar downstream (naar de deur toe)

� 2de op de lijst van stofvangers zijn veelal horizontale vlakken� Tafelbladen : Vóór en na elke nieuwe klus. Bij voorkeur met IPA (VLSI

grade)

Slide 17 |22-May-12

Kees de Wit

Kleding

� Naar mate de gewenste reinheid toeneemt nemen ook de eisen aan de clean room kleding toe

� In geval enig contact met elektronica mogelijk is, zijn� ESD pak, ESD schoenen én ESD handschoenen aan te raden. (Vooral

handschoenen wordt wel eens vergeten)

� Vanaf ISO 5 en beter is ESD kleding nodig om de reinheid te halen

� Kleding moet regelmatig verschoond worden ! Afhankelijk van de behoefte

� Pakken minimaal eens per week

� Kappen elke dag ( vanwege veel huidschilfers, cross contaminatie etc.)

� Overweeg ingenaaide of klik-bare mondkappen

� Sokken of boots elke dag

� Vergeet ook niet het schoeisel regelmatig te laten reinigen

Slide 18 |22-May-12

Kees de Wit

Kwalificatie

�Clean rooms zonder zichtbaar kwalificatie

rapport/certificaat zijn als on-geijkte weegschalen bij

de slager.

�Kwalificatie frequentie� ISO 6, 7 etc. minimaal eens per jaar � ISO 5, 4, 3 etc. minimaal twee maal per jaar

�Kwalificatie uitvoeren� Laten doen door een gespecialiseerd bedrijf

� Voordeel: Onafhankelijke waardering

� Nadeel: Minder flexibel

� Zelf doen� Eenmalige aanschaf van een Airborne particle counter

� Jaarlijkse kalibratie van de APC

� Eigen Personeel op laten leiden (VCCN)

� In geval van twijfel kan onmiddellijk gecontroleerd worden. De equipment

en kennis is immers aanwezig

Slide 19 |22-May-12

Kees de Wit

KwalificatieGa iets verder

� ISO beschrijft een redelijke hoeveelheid meetpunten� Volgens de oude norm (1999) :

Aantal meetpunten = Wortel van Vloeroppervlak naar boven afgerond

� Nieuwe norm : zie tabel

� Het gevonden aantal meetpunten wordt dan in de regel gelijkelijk over de ruimte verdeeld.

� Dit kan echter een misleidend beeld geven� In veel kleinere clean rooms vinden de kritische processen

namelijk langs de wand plaats� Het verdiend aanbeveling (zeker bij ingebruikname) een

matrix te meten die ± 50 cm van de wanden start zoals voorbeeld volgende pagina

� Indien mogelijk nogmaals meten wanneer de clean room in gebruik is.

Dan moet hij zijn specificaties op de plaats van handeling ook nog halen

�Meet representatieve lucht volumes� Met een 0,1 cfm counter gaat dat dagen kosten

Slide 20 |22-May-12

This image cannot currently be displayed.

Kees de Wit

Voorbeeld van een correcte ISO meting vergeleken met dezelfde situatie matrix meting.

Slide 21 |22-May-12

Deze matrix methode liet ons zien waar een aantal lekken zaten. Ook is duidelijk

zichtbaar waar de clean room het schoonst is. Dit kan met echter niet zijn in het ISO

14644 conforme meetrapport van de Clean Room bouwer (Blauwe vierkantjes)

Particle density Gemeten met

een Solair 3350 (100 l/min)

Kees de Wit

KwalificatieWat zou in een meetrapport vermeldt moeten worden

� Strijklicht en UVA licht test op wanden, vloer en plafond� Clean Room klasse en gemeten waarden� Filter lektestresultaten

� Bij machine bouw, bij voorkeur PSL tests� Liever geen DOP test ivm de gebruikte oliën

� HEPA filter intreed snelheid van alle filters� Uitlaatrooster lucht uittreed snelheid voor elk rooster

� Geeft inzicht hoe de stromingen lopen� Met deze data kan een evenwicht achteraf altijd weer hersteld worden� Met een simpele berekening kan met deze gegevens daadwerkelijke recycle ratio

worden berekend� Recycle ratio wordt bepaald aan de hand van :

� Hoe vervuilend zijn de processen of activiteiten� Hoe schoon moet de ruimte (of werkplek) minimaal zijn/blijven.

� Overdruk ( Minimaal 3 Pa)� In geval van geconditioneerde ruimtes

� Relatieve luchtvochtigheid ( Kies kort sample interval bijv. 30 Seconden )� Temperatuur

� Indien mogelijk een recovery test� Dit geeft een indruk hoeveel extra marge er overblijft om activiteiten in de clean

room toe te voegen

Slide 22 |22-May-12

Kees de Wit

Voorbeeld van een recovery test in een ASML clean room

Dit is een zeer mooi resultaat. In de regel moet meer in de ordegrootte van 30

minuten gedacht worden voordat de base-line waarden weer bereikt worden

Slide 23 |22-May-12

Kees de Wit

Ik hoop dat ik op een eenvoudige wijze wat zaken op

een rijtje heb kunnen zetten

Hartelijk bedankt voor uw aandacht

Slide 24 |22-May-12