Als het kleinste stofdeeltje een rotsblok wordt: hoe voorkom je contaminatie in de high-tech keten?

By Bart Brouwers

Het Techcafé van DSPE en Mikrocentrum is inmiddels een vaste waarde in de high-tech wereld. Elke editie staat er een ander onderwerp centraal, variërend van slimme productieprocessen tot duurzaamheid en van automatisering tot 3D-printen. Tijdens het Techcafé delen experts uit de industrie hun kennis en ervaring. Het doel is om deelnemers te inspireren, te informeren en te stimuleren om nieuwe ideeën te ontwikkelen en te implementeren in hun eigen organisaties.

Onder leiding van Maarten Roos kregen ruim 150 belangstellenden deze keer alles te weten over contaminatie in de high-tech maakindustrie, een steeds belangrijker onderwerp vanwege de toenemende nauwkeurigheid van machines. In de toeleverketens van bedrijven als ASML, Thermo Fisher Scientific en vele andere is het begrip inmiddels niet meer weg te denken. Tijdens het Techcafé op 14 september ging Maarten Roos in gesprek met vier experts:

– Kasper van den Broek – VDL ETG (Contamination Control Architect)

– Rients de Groot – Thermo Fisher Scientific (Sr. System Design Engineer)

– Richard Bruls – ASML (Principal Architect)

– Jarno van de Schoot – Wilting (Senior Engineer)

Miniaturisatie

DSPE’s Hans Krikhaar plaatst in zijn inleiding het onderwerp in een bredere context. “Juist vanwege de toenemende miniaturisatie in de high-tech is contaminatie een hot topic geworden. Je kunt het je zo voorstellen, als een klein stofdeeltje dat als het ware een rotsblok wordt. Iets wat bij een honderdste nauwkeurigheid geen probleem was, is een groot probleem in de nanotechnologie. Ja, je kunt eenvoudig zeggen: ‘alles moet schoon zijn’. Maar wat is schoon? Wat voor de ene partij okay is, is dat voor de andere nog niet. En het wordt allemaal nog ingewikkelder als je als OEM afhankelijk bent van een keten aan toeleveranciers die allemaal een verschillende definitie van schoon hebben.”

Eerste Techcafé zet de spotlights op robotisering voor het mkb: ‘Gewoon mee beginnen’

De eerste editie van het Techcafé, met robotisering als focus, smaakte direct naar meer.

Kasper van den Broek voegt er meteen nog maar een niveau aan toe: “Enerzijds heb je de deeltjes, de particle contaminatie, dus echt brokjesmateriaal. Maar daarnaast gaat het ook nog om moleculaire contaminatie. Dat gaat van letterlijk een aantal nanometers tot micrometers, waar we naar kijken en waar we voor meten.” Later in het gesprek leren we dat er nóg een laag is: die van de vlekken en vlekjes. Is dat een contaminatie of slechts een cosmetisch probleem? “Waar precies die scheidingslijn ligt, dat weet ik niet”, zegt Van den Broek daarover. “Maar dit is wel een discussie die nog beter gevoerd moet worden.” 

Diverse uitdagingen bij elkaar

Voor ASML is het voorkomen van contaminatie niets minder dan core business. Richard Bruls: “Als we proberen een afbeelding te maken maar er ligt een deeltje in de weg, dan gaat die afbeelding mis. Als de dia die we projecteren op die wafer vuil is, dan krijg ik ook geen goede afbeelding. En daarnaast is er natuurlijk ook het moleculaire stuk, omdat moleculen een impact kunnen hebben op spiegels in het systeem of optieken in het systeem. Dat zijn diverse uitdagingen in één keer.” En allemaal even belangrijk, want als er ergens een schakeltje hapert, gaat het hele proces mis.

Nederland is al goed op weg, maar predictive maintenance zit wel nog in de zoekende fase

Voor veel bedrijven is het al een absolute must: een strategie waarmee je het juiste onderhoudsmoment van je machines en uitrusting kunt voorspellen.

Thermo Fisher Scientific kampt met soortgelijke uitdagingen. Rients de Groot: “Onze klanten moeten de plaatjes kunnen maken die zij nodig hebben. En dat mag niet verstoord worden. De elektronen moeten wel de juiste baan volgen. Die mogen niet afwijken door een deeltje dat ergens in die baan zit en bijvoorbeeld een magnetisch of statisch veld opwekt. Wij werken met optiek en met apertures, kleine gaatjes dus. Die gaatjes mogen niet verstopt raken. En dan kom ik meteen op de moleculaire contaminatie: de hydrocarbons, de koolstofaangroei. Het kraken van hydrocarbons, dat mag ook niet plaatsvinden. Vertroebeling of transmissieverlies zijn onacceptabel. De verblijfstijd van een sample in een microscoop moet zodanig lang zijn dat de klant zijn informatie eruit kan halen.”

Wilting is toeleverancier van zowel ASML als Thermo Fisher. Engineer Jarno van de Schoot weet dus precies waar het om draait in de keten. “Wij zien het als een van de grootste uitdagingen in onze processen om ervoor te zorgen dat we alles schoon houden. Wat ik geleerd heb in al die jaren dat ik hier werk is dat als je zorgt dat je het aan de voorkant op orde hebt, dan krijg je het aan de achterkant altijd schoon. Dat betekent mensen trainen, processen inrichten, en vooral ook handhaven. Op die manier zorg je er in de fabriek voor dat er geen contaminatie optreedt.“

Eigen woordenboek

ASML ziet daar ook een taak voor zichzelf weggelegd: “We zorgen ervoor dat in de hele keten voldoende kennis aanwezig is. Je ziet ook de uitdagingen daarbij. Een ‘grade 1’ product, daar kunnen heel veel mensen zich heel weinig bij voorstellen. Hoe schoon moet dat nou zijn en hoe hou ik dat schoon? Dus we proberen ook vanuit supply chain engineers ondersteuning te bieden.”

De systems engineer: allesweter, overzichthouder, teambuilder en administrator in één persoon

Zet tien engineers bij elkaar en je krijgt tien verschillende definities van het begrip systems engineering. Dat is verklaarbaar maar niet altijd even handig.

Maar hoe doe je dat als er honderden toeleveranciers zijn? Bruls: “Een van de manieren om het behapbaar te houden is via een manufacturing flow control. Dus dan vragen wij van onze toeleverancier ook hoe ze dat product precies maken, via welke stappen. Zo kunnen we dat gaan beoordelen. Zijn er risicovolle aspecten? Dan kun je namelijk die discussie aangaan. Dat gaat inderdaad niet alleen over de supplier die het naar jou levert, naar ASML, maar ook de suppliers van de suppliers.”

Wat het niet makkelijker maakt voor de toeleveranciers is dat elke opdrachtgever weer anders werkt. Met allemaal een eigen woordenboek. ASML gebruikt ‘grades’, Thermo Fisher heeft het over ‘levels’. De Groot: “Ook onze operations engineers gaan bij de toeleveranciers langs. En die beoordelen dus ook of het proces bij een toeleverancier goed loopt. En of het voldoet aan onze eisen. Dat is deels beoordelen op basis van de afspraken, deels samen naar oplossingen zoeken.”  

Ketenregie

Een belangrijke term daarbij is ‘ketenregie’, zegt Van de Schoot. “Wij hebben eigenlijk op hoofdlijn twee competenties: het maken van complexe delen en samenwerken. En daar zit dan ook de ketenregie. Zelf doen we alleen het verspanen. Maar in de keten wordt gelast, geplakt, geëtst, draadfonken, zinkfonken. We bedenken allerlei soorten van bewerkingen. Dat doen we allemaal niet zelf. Daar kennen wij specialisten voor. En zo’n product gaat dan door zo’n keten heen. Iedereen doet daarbij een eigen stap, maar die is onlosmakelijk verbonden met de vorige stap. En wij hebben dus mensen die die ketens op kunnen zetten. Dat is ketenregie.”

En dan is er nog een belangrijk onderdeel, iets waar het eigenlijk allemaal mee begint: het design. Kasper van den Broek: Het maakproces, de assemblage, de kwalificatie, het testen, allemaal heel belangrijk natuurlijk. Maar het begint bij het ontwerp. Dat ontwerp gaat naar de leveranciers, die vervolgens maar moeten zorgen dat het allemaal schoon geproduceerd wordt. Ik denk dat daar ook een terugkoppeling moet zijn die ervoor zorgt dat de ontwerper die al die onderdelen bedacht heeft ook weet dat een bepaald ontwerp bijvoorbeeld makkelijker schoon te maken is. Dat is niet alleen handig voor contaminatiecontrole, maar natuurlijk ook voor kosten.”

Luister hier de complete discussie terug: