M
M
Neways Advanced Applications
      
We testen alle functionaliteit van een complex systeem.
Sander Los
Projectleider P-Tool
Erik van Kollenburg
Senior Test Engineer
Neways Advanced Applications
      
We testen alle functionaliteit van een complex systeem.
Sander Los
Projectleider P-Tool
Erik van Kollenburg
Senior Test Engineer
In de Cleanroom van Neways Advanced Applications.
Een minuscuul druppeltje tin schiet omhoog in een met waterstof gevulde geschutskoepel en wordt geraakt door een krachtige laserstraal. Een explosie van deeltjes is het gevolg, waaronder lichtdeeltjes met een golflengte van 13.5nm – Extreem Ultraviolet Licht (EUV).
Restdeeltjes tin glijden langs de wanden naar beneden en worden daar opgevangen en afgevoerd. Een bolvormige spiegel vangt de kostbare EUV-lichtdeeltjes op en concentreert deze in een lichtstraal, die via spiegels naar een Waferstepper van ASML wordt geleid. Daar maakt de extreem hoge frequentie van het EUV-licht de belichting van microscopische patronen op de chipwafers mogelijk. Door opnieuw de schaal te verkleinen waarop microchips kunnen worden geproduceerd, bevestigt de onderneming ASML met deze nieuwe technologie wederom haar leidende rol in de halfgeleiderindustrie.
Wafersteppers zijn enorme machines. Het vervoer van een Waferstepper, zoals ASML die levert aan bedrijven als Samsung en Intel, neemt meer dan anderhalve Boeing in beslag. Bij de assemblage ontstaat een onderdeel van een chipfabriek dat bestaat uit twee delen. Bovengronds bevindt zich de Waferstepper en bijvoorbeeld de EUV-generator, ondergronds, in de Subfab, de machines die de krachtige laserstraal opwekken en een groot aantal kabinetten met elektronische regelapparatuur. Kabinetten die elementaire onderdelen van de chipproductie aansturen, zoals de robotarmen die de platen silicium met chips (wafers) door de machine leiden, de spiegels die het EUV-licht tot op de nanometer nauwkeurig op de chips richten en ontelbare sensoren. Een groot deel van deze elektrische aansturingselektronica wordt geproduceerd door Neways.
Het is een strategische keuze van Neways en van Neways Advanced Applications (NAA) om zich als EMS-producent steeds meer te richten op complete elektronische systemen, waarin PCBA's worden gecombineerd in racks, en meerdere racks in een volledig functionele eenheid: een kabinet. Een toename in productiecomplexiteit die gepaard gaat met een grotere betrokkenheid bij de ontwerp- en testfasen van deze systemen. Sander Los, Projectleider bij NAA en Erik van Kollenburg, Senior Test Engineer, vertellen hoe de ontwikkeling van de P-tool bijdraagt aan het succes van deze strategie.
Doorvoersnelheid en bedrijfszekerheid zijn essentieel bij de chipfabricage. “Als er echt iets fout gaat bij de productie en je hebt een noodstop, dan betekent dat soms dagen downtime,” zegt Sander Los. “Er zitten bijvoorbeeld enorme turbopompmotoren in een EUV-generator, die de lucht uit de machine zuigen. Op het moment dat zo'n turbopomp in een noodstopsituatie gaat, is het net alsof je een stok tussen een draaiend wiel steekt. Er wordt dan een acute afremprocedure uitgevoerd, om zo snel mogelijk in een safety-situatie te komen. Dat geeft een enorme dreun in de fabriek en veroorzaakt overal particles in de machine. Dat betekent enorm veel vervuiling. Alles moet dan worden schoongemaakt,” licht Sander Los toe. Gelukkig komt een noodstop zelden voor, maar het geeft wel aan hoe belangrijk het voor Neways is om als leverancier aan ASML extreem bedrijfszekere elektronische kabinetten te leveren.
De P-tool, die in eigen beheer bij NAA is ontwikkeld, maakt het mogelijk om de complexe functionaliteit van racks en kabinetten volledig te testen, tot op een niveau waarbij NAA tot met 99,9% zekerheid kan garanderen dat een inbedrijfstelling absoluut foutloos zal plaatsvinden. “Je hoeft het kabinet dan alleen maar via de externe interfaces aan te sluiten op een machine en hij doet het,” zegt Sander Los. “Dat is echt een unique sellingpoint.”
1/2. Sander Los, Projectleider
2/2. Erik van Kollenburg, Senior Test Engineer
De P-tool bestaat ten eerste uit een Generic Cabinet, opgesteld in de cleanroom van NAA. Als een nieuw type aansturingskabinet in het P-toolprogramma wordt opgenomen, dan wordt daarna ieder door NAA geproduceerd kabinet door een operator met behulp van de P-tool getest. Zo'n kabinet (device) wordt hierbij aangesloten op een DSIM (Device Specific Interface Module) – een adapter met elektronische modules, die samen met het Generic Cabinet de exacte omgeving van de ASML Waferstepper simuleert. Daarbij wordt met behulp van elektronica de intensieve uitwisseling van signalen en opdrachten tussen het kabinet en de Waferstepper, zoals die kan optreden tijdens alle mogelijke interoperaties van de verschillende Waferstep componenten tijdens de chipfabricage, exact opgewekt door de P-tool en de DSIM. Aan de hand hiervan kunnen alle fysieke en logische functies van het aansturingskabinet, zoals deze later binnen de Waferstepper zullen functioneren, worden getest. Een complexiteit die voor Erik Kollenburg en zijn team tijdens het ontwerpen en technisch realiseren van een nieuwe DSIM steeds weer een periode van technische topsport betekent. Tot nu toe heeft het team acht DSIM-adapters ontwikkeld, waarmee ongeveer vijftien typen racks en kabinetten die Neways produceert kunnen worden getest. En met een uitstekend track record: tot op heden is er geen enkele fout geconstateerd in een Neways-kabinet dat getest is via deze methodologie.
We kunnen met 99,9% zekerheid garanderen dat een inbedrijfstelling absoluut foutloos zal plaatsvinden.
 Sander Los
“We ontwerpen een DSIM zonder bewegende delen en zo veel mogelijk met componenten die we zelf ontwikkeld hebben,” legt Erik van Kollenburg uit. “Neem bijvoorbeeld een robotarm in de ASML-stepper, die aan een aansturingskabinet doorgeeft onder welke hoek hij op een bepaald moment staat. Als wij die robotarm fysiek in ons systeem zouden opnemen om de communicatie met het kabinet te testen dan zouden we die arm ten eerste moeten laten ronddraaien, met inachtneming van alle complexe interacties binnen de machine. Als we dat technisch al zouden realiseren, dan zou onze klant kunnen besluiten om die robotarm te vervangen door een ander type. Dan moeten wij die óók vervangen. Wat wij doen is een specifiek stukje elektronica maken dat simuleert alsof het die robotarm is. Het genereert exact hetzelfde signaal als de robotarm. Daarmee maak je jezelf heel flexibel: bij een wijziging pas je de programmering aan en dan werkt het weer. Bovendien is een dergelijke oplossing veel eenvoudiger om in te passen in het productieproces.” De uitdaging ligt daarbij vaak in het in de simulatiemodules implementeren van de vele verschillende technische protocollen die worden gebruikt bij de besturing en communicatie binnen een machine.
De vraag naar samengestelde, bij Neways geassembleerde complexe systemen is duidelijk toegenomen door de toegevoegde waarde van de P-tool. Het past ook in de trend van HLQB (High Level Qualified Buy) waarbij OEM's als ASML steeds minder deeloplossingen zelf assembleren, maar dit proces uitbesteden aan geselecteerde leveranciers of zelfs een combinatie van leveranciers die elkaars deelproducten assembleren in de uiteindelijke kabinetten en systemen.
NAA en Neways Technologies worden daarbij in toenemende mate betrokken bij de ontwikkeling van dergelijke complete systemen voor ASML, vanuit hun expertise over het productieproces en de kennis over de engineering van tests. “Een nieuw rack is vaak het resultaat van de samenwerking tussen meerdere projectgroepen. De technische beschrijving van de functionaliteit op het samengestelde rack- of kabinetniveau is dan nog niet gemaakt. Wij hebben die functionaliteit en de bijbehorende testspecificaties volledig in kaart gebracht, onder de eindverantwoordelijkheid van ASML.” Volgens Sander Los is die flexibiliteit van Neways een van de sterke punten als EMS-partner, en ook medebepalend voor het succes van een complex project als dat van de P-tool.
Het leveren van een foutloos systeem bestaat niet alleen uit de implementatie van een DSIM en het volledig simuleren en testen van alle interfaces en functies met de P-tool. De eerste schakel in de kwaliteit bestaat uit het testen van het ontwerp van een module, inclusief uitgebreide stresstesten op het gebied van de bedrijfszekerheid van het prototype onder allerlei relevante omstandigheden. “Je wil naar een situatie toe, waar je dat niet voor elk product hoeft te doen,” zegt Sander Los. “Wij eisen dan ook van onze Suppliers dat de onderdelen die ze aanleveren op een hoog niveau zijn gekwalificeerd en getest. En als het design is gekwalificeerd én wij testen daarna alle interconnecties en functionaliteit, dan weet je zeker dat de bedrijfszekerheid ook gegarandeerd is. Wij maken daarbij een coverage-berekening waarbij de kans op fouten tot op het kleinste onderdeel wordt doorberekend.”
Operators aan het werk met de P-Tool. Rechts het Generic Cabinet, links 2 DSIM's en in het midden een eindproduct: een rack voor ASML.
Tijdens het productieproces sluit een operator een kabinet aan op het Generic Cabinet en de bijbehorende DSIM en volgt daarna de stappen in een testprogramma. Dat kent bij elke testfase een van de twee uitkomsten: Pass of Fail. Bij een Fail onderzoekt de operator de oorzaak en vervangt eventueel een component. Voor Sander Los is dat niet het einde van de opdracht. “Dat filteren is nodig want het voorkomt dat fouten bij de klant terechtkomen, maar je moet leren van fouten en ze structureel oplossen. Waar en waarom trad die fout op? Die analyse is voor ons heel erg belangrijk. Zo zagen we bijvoorbeeld een bepaald defect aan een rack terugkeren, waarop we het hele proces hebben doorgelicht tot we er via metingen achter kwamen dat het probleem in de holle bussen van bepaalde connectoren lag. Tijdens het testproces drukten de testpennen te diep in deze bussen, wat een minieme afwijking veroorzaakte.” Ook leveranciers worden verplicht om de oorzaak van een defect te analyseren als componenten worden geretourneerd. Het simpelweg omruilen ervan is niet meer voldoende.
Erik van Kollenburg is 25 jaar geleden bij Neways begonnen als productie-tester. “Je kocht een testsysteem en je schreef daar software op. Dat waren bedradingstesten of functionele testen. Die testen waren nogal '2D'. Als je een heel platform gaat testen, krijgt de test veel meer lagen en wordt veel complexer.” Als Senior Test Engineer is hij nu technisch eindverantwoordelijk voor de P-Tool. “Het nabootsen van de functionaliteit van fabricagesystemen vraagt ook dat je begrijpt hoe die werken. Je hebt te maken met PLC, hoogspanning, de meest recente fiber-technieken. Je staat vooraan in de technologische ontwikkelingen bij ASML, en die kijkt in de markt naar de nieuwste techniek. En wij gaan daarin mee. Dat maakt het een heel uitdagende baan. Je hebt iedere maand wel iets nieuws onder handen.”