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문제 정의
- 실제 클린룸 내부 제조라인에서는 다양한 시험 및 검사 기법들이 존재하지만 본 연구에서는 공정 수가 상대적으로 많지 않고 제어대상 3 이상인크기가 3例이상인 제품오염제어 방법을제어방법을 제시하고자 한다.
- 표에서 보는 바와 같이 제품의 불량에 영향을 미치는 인자를 비율의 순서대로 나열하면 작업자 > 원부자재 > 장비 순이다. 따라서 본 연구를 수행한 제조라인에서 작업자와 원부자재에 관련된 개선 활동을 우선적으로 수행하였다. 작업자와 관련된 개선활동은 작업방법, 작업시간, 동선, 기류 등을 개선하는 것이었고, 원부자재와 관련된 개선 활동은 원부자재 세정, 동선, 검사방법 둥을 개선하는 것이었다.
제안 방법
- 대한 분석을 통하여 생산수율을 예즉하였고 공정별로 불량손실을 계산하는 연구를 수행하였다. Kwon 등'"과 W* ei, ' Kennedy'”는 생산제품의 전기적인 시험을 통하여 안정성을 분석하는 불량모드 및 효과분석 (failure mode and effect analysis,FMEA) 방법을 사용하여 불량을 일으키는 공정을 분석하였다.
- Kwon 등'"과 W* ei, ' Kennedy'”는 생산제품의 전기적인 시험을 통하여 안정성을 분석하는 불량모드 및 효과분석 (failure mode and effect analysis,FMEA) 방법을 사용하여 불량을 일으키는 공정을 분석하였다. Papadopoulos 둥㈣은 불량트리 (fault tree) 의 합성과 분해기법을 도입하여 전통적인 FMEA 기법의 단점을 개선하였고 그 적용 범위를 확장하는 성과를 이루었다. 그리고 생산수율 향상을 위한 다양한 시험방법들이 제안되었으며('Z3) Lee^는 오염원의 발생 위치 분석을 통하여 효과적으로 오염물질을 분리하고 오염제어를 수행할 수 있는 방법을 보여주었다.
- 있다. 따라서 본 연구에서는 반도체 제조라인에 비해 청정 도가 낮고 다소 단순한 제조라인에서 공정분할평가법과 성분분석법을 이용하여 불량원인을 분석하고 입자 오염 제어를 수행하였다. 그리고 개선활동 전과 후에 생산되는 제품의 직행 수율을 추적하여 오염제어에 대한 결과를 평가하였다.
- 따라서 본 연구에서는 반도체 제조라인에 비해 청정 도가 낮고 다소 단순한 제조라인에서 공정분할평가법과 성분분석법을 이용하여 불량원인을 분석하고 입자 오염 제어를 수행하였다. 그리고 개선활동 전과 후에 생산되는 제품의 직행 수율을 추적하여 오염제어에 대한 결과를 평가하였다.
- 2는 공정 분할평가법의 개념도를 보여주고 있다. 클린룸 내부에서 이루어지는 공정(process)이 A, B, C로 나누어져 있다면, 각 공정의 전단과 후단에서 모조품에 침착된 입자의 개수를 검사하고 각 공정에서 발생되는 결함 밀도를 분석한다. 이때, 검사를 수행하는 방법에는 검사자가 직접 검사하는 광학적인 방법을 이용한 수동검사(manual inspection)와 자동으로 패턴을 검사하는 자동검사가 있다.
- 먼저 생산되는 제품의 불량모드를 분류하고 각 불량모드가 차지하는 불량률을 조사한다. 그리고 각 불량모드에 의해 결함이 발생된제품만을 수집한 후 침착된 입자를 채집하고 성분분석을 수행하여 주요 오염원 또는 중점관리공정이 무엇인가를 찾아가는 방법이다.
- 클린룸 내부에서 기판을 생산하는 제조라인에 본 연구에서 제안한 공정분할평가법을 적용하여 입자에 대한 오염제어가 가능한지를 평가하는 실험을 수행하였다. 일반적인 기판의 제조라인은 클린룸 외부에서 전처리 작업이 수행된 후 클린룸으로 투입되어 적층, 노광 등의 작업이 이루어지기 때문에 모조품을 전처리 작업이 이루어지는 부분에서 투입하여 실험을 수행하였다.
- 수행하였다. 일반적인 기판의 제조라인은 클린룸 외부에서 전처리 작업이 수행된 후 클린룸으로 투입되어 적층, 노광 등의 작업이 이루어지기 때문에 모조품을 전처리 작업이 이루어지는 부분에서 투입하여 실험을 수행하였다. 클린룸 내부의 제조라인에 구성된 대단위 공정의 수는 Fig.
- 2에서 보는 바와 같이 3개였고 공정을 분할하여 모조품을 검사하는 위치는 총 4점이었다. 본 연구가 수행된 제조라인에서 생산되는 제품은 면적이 약 0.251子이고 관리대상입경이 20例이상이었기 때문에 모조품을 암실로 운반하여 Fig. 4에서 보여지는 검출용 할로겐램프와 자외선램프를 사용해서 침착된 입자의 개수를 육안으로 측정하였다. 할로겐램프(halogen lamp, SLS-F100HS, Light Bank)는 필름이 도포된 제품 표면에 직광또는 측광을 조사하여 입자 개수를 측정하는데 사용하였고, 자외선램프(ultra violet lamp, PID-SPU35L, Kwangtech)는 금속제품 표면에서 입자개수를 즉정하는데 이용하였다.
- 4에서 보여지는 검출용 할로겐램프와 자외선램프를 사용해서 침착된 입자의 개수를 육안으로 측정하였다. 할로겐램프(halogen lamp, SLS-F100HS, Light Bank)는 필름이 도포된 제품 표면에 직광또는 측광을 조사하여 입자 개수를 측정하는데 사용하였고, 자외선램프(ultra violet lamp, PID-SPU35L, Kwangtech)는 금속제품 표면에서 입자개수를 즉정하는데 이용하였다. 각 검사위치에서 입자 개수를 산정하는 방법은 다음과 같다.
- 2에서 보이는 1번 검사위치에서 침착된 입자의 개수를 측정하고 위치를 표시한다. 그리고 2번 검사위치에서 이전에 침착된 입자가 그대로 있는지, 제거되었는지를 검사하고 기록한다. 또한 새롭게 침착된 입자에 대해서도 개수를 측정하고 위치를 표시한다.
- 1에 제시된 순서대로 개선을 위한 우선순위 공정과 중점관리공정을 선정하였다. 개선활동을 통하여 제조설비 등의 개선을 진행하였고 개선 활동의 성과를 분석하기 위하여 공정분할평가법을 개선 전과 동일하게 재수행하였다. 최종적으로 개선 전과 후의 결과를 비교하여 공정분할평가법의 타당성을 검증하였다.
- 클린룸 내부에서 핸드폰 모듈 중 하나의 품목을 생산하는 제조라인에 성분분석법을 적용하여 입자 오염제어에 관한 실험을 수행하였다. 본 연구에서 적용한 모듈 제조라인은 전체 공정이 클린룸 내부에서 이루어지고 있었고 관리 대상 입경은 3~5侧였다.
- 본 연구에서 적용한 모듈 제조라인은 전체 공정이 클린룸 내부에서 이루어지고 있었고 관리 대상 입경은 3~5侧였다. 효과적인 오염제어를 위하여 먼저 불량모드를 3가지로 구분하여 각각에 대한 불량률 분석을 수행하였고 각 불량모드에서 결함을 일으키는 입자를 채집하여 그들의 성분을 분석하였다. 성분분석에 사용한 장비는 전자주사현미경, 에너지분산형 분석기와 적외선 분광기이다.
- 주사 현미경 (field emission scanning electron microscopy, S-4700, Hitachi)과 에너지분산형 분석 7] (Energy Dispersive Spectroscopy, Vantage,Horiba)는 공정 중에 침착된 입자를 채취하여 무기성 입자의 표면구조 분석 등을 수행하는데 사용하였다. 적외선 분광기(Fourier Transform Infrared Spectrometer, FTS3000 Excalibur Series/UMA600,Varian)는 유기성 입자의 성분을 분석하는데 이용하였다.
- 채취하였다. 성분분석 결과로부터 오염원을 크게 4가지로 구분하여 파레토 분석을 수행하제어해야 할해야할 오염원 우선순위를 추적하였다.개선 활동을선활동을 통하여 작업방법이나 제조설비 등의 개선을 진행하였고 최종적으로 개선 전과 후의 불량률 데이터를 비교하여 성분분석법의 타당성을 검증하였다.
- 성분분석 결과로부터 오염원을 크게 4가지로 구분하여 파레토 분석을 수행하제어해야 할해야할 오염원 우선순위를 추적하였다.개선 활동을선활동을 통하여 작업방법이나 제조설비 등의 개선을 진행하였고 최종적으로 개선 전과 후의 불량률 데이터를 비교하여 성분분석법의 타당성을 검증하였다.
- 그리고 A 공정과 C 공정에서는 제거 입자 수가 많은 것을 확인할 수 있는데 이는 제조라인 중간에 제품을 세정하는 장치가 설치되어 있기 때문이다. 본 연구의 대상이 되는 제조라인에서 제품의 불량모드는 크게 3가지로 구분해 볼 수 있으나 이 중에서 개선활동을 통해 수율 향상이 가능한 입자 침착에 의한 무작위 불량(random defbct)"®에 영향을 미치는 모드는 1가지였다. 각 공정에서 새롭게 침착입자수가 무작위 불량에 미치는 영향도를 고려하여 Fig.
- 개선 활동을 극대화시키기 위하여 C 공정에 대한 세부 공정분석을 다시 수행하였고 이 결과로부터 개선항목을 선정하였다. 본 연구에서 구체적으로 적용된 개선 활동은 클린룸 내부에서 오염원의 제거 및 차단, 제조 장비 내부에서 기류개선 및 발진원 격리, 차압조정 등이었다.
- 개선항목을 선정하였다. 본 연구에서 구체적으로 적용된 개선 활동은 클린룸 내부에서 오염원의 제거 및 차단, 제조 장비 내부에서 기류개선 및 발진원 격리, 차압조정 등이었다.
- 개선 활동의 성과를 분석하기 위하여 개선 후에 개선 전과 동일한 검사점에서 침착된 입자 수를 다시 계측하였다. Fig.
- 불량모드별 불량률과 입자의 성분별 비율을 합성하는 식 (1) 을 이용하여 본 연구의 대상이 되는 클린룸 제조라인에서 제어해야 할 주요 오염원 순위를 분석하였다.
- 전자 장비 생산 클린룸 내부의 제조라인에서 불량원인을 분석하고 입자 오염제어를 할 수 있는 방법을 제안하였고 공정 분할평가법과 성분 분석법을 이용한 실험 및 개선 활동을 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- (1) 클린룸에서 효과적인 입자오염제어를 위한 순서로 데이터 수집, 데이터 분석, 개선 활동, 결과증명, 관리의 5개 과정으로 제안하였다.
- (3) 클린룸 내부에서 핸드폰 모듈을 생산하는 제조라인에 성분분석법을 적용하여 데이터의 수집 및 분석을 수행하였고 이를 통하여 주요 오염원을 선정하였다. 주요 오염원에 대하여 개선 활동을 수행한 후, 불량률이 70% 이상 감소하는 것으로 나타나서 개선 활동이 성공적으로 수행되었다는 것을 알 수 있었고 본 연구에서 제안한 성분석법이 입자오염원 기준으로 오염제어를 수행하기 위한 좋은 방법임을 확인할 수 있었다.
- 표에서 보는 바와 같이 불량모드는 FM1, FM2, FM3의 3가지로 구분할 수 있었고 불량품에서 이들이 차지하는 비율은 각각 40%, 40%, 20% 였다. 이후 불량품에 침착되어 결함을 일으키는 것으로 분석된 입자들을 채취하여 각 불량모드별로 무기물과 유기물로 구분하여 성분분석을 수행하였다. Fig.
- (2) 클린룸 내부에서 기판을 생산하는 제조라인에 공정분할평가법을 적용하여 데이터의 수집 및 분석을 수행하였고 중점 관리공정을 선정하였다. 중점관리공정에 대하여 개선 활동을 수행한 후, 불량률이 42%가 감소하는 것으로 나타나서 개선 활동이 성공적으로 수행되었다는 것을 알 수 있었고 본 연구에서 제안한 공정분할평가법이 공정기준 입자오염제어를 수행하기 위한 적절한 방법임을 확인할 수 있었다.
대상 데이터
- 검사데이터의 신뢰성을 위하여 모조품은 총 9 매를 사용하여 실험을 수행하였다. 이때 얻어진 데이터를 이용해서 Fig.
- 오염제어에 관한 실험을 수행하였다. 본 연구에서 적용한 모듈 제조라인은 전체 공정이 클린룸 내부에서 이루어지고 있었고 관리 대상 입경은 3~5侧였다. 효과적인 오염제어를 위하여 먼저 불량모드를 3가지로 구분하여 각각에 대한 불량률 분석을 수행하였고 각 불량모드에서 결함을 일으키는 입자를 채집하여 그들의 성분을 분석하였다.
- 입자의 표면구조 분석 등을 수행하는데 사용하였다. 적외선 분광기(Fourier Transform Infrared Spectrometer, FTS3000 Excalibur Series/UMA600,Varian)는 유기성 입자의 성분을 분석하는데 이용하였다.
- 검사데이터의 신뢰성을 위하여 각 결함 모드별로 수십 개 이상의 불량품에서 입자를 채취하였다. 성분분석 결과로부터 오염원을 크게 4가지로 구분하여 파레토 분석을 수행하제어해야 할해야할 오염원 우선순위를 추적하였다.
이론/모형
- 또한 라인 전체가 인라인타입으로 구성되어 있어 공정을 분할하기가 매우 힘들었다. 따라서 공정 분할평가법보다는 성분분석법을 이용하여 오염제어를 수행하였다. 먼저 불량모드와 각 모드가 차지하는 불량률을 조사하였고 그 결과를 Table 2에 제시하였다.
성능/효과
- 개선활동을 통하여 제조설비 등의 개선을 진행하였고 개선 활동의 성과를 분석하기 위하여 공정분할평가법을 개선 전과 동일하게 재수행하였다. 최종적으로 개선 전과 후의 결과를 비교하여 공정분할평가법의 타당성을 검증하였다.
- 후 하나의 면당새롭게 침착된 입자 수와 이에 따른 불량률의 변화를 보여주고 있다. 본 연구에서 수행한 개선 활동을 통하여 침착 입자 수는 65%가 감소하였고 불량률은 42%가 감소하는 것으로 나타나서 본 연구에서 수행한 자료 분석과 개선활동이 성공적으로 수행되었다는 것을 알 수 있었다. 이로부터 공정 분할평가법이 클린룸 내부의 제조라인에서 공정기준 입자오염제어를 수행하기 위한 적절한 방법임을 확인할 수 있었다.
- 본 연구에서 수행한 개선 활동을 통하여 침착 입자 수는 65%가 감소하였고 불량률은 42%가 감소하는 것으로 나타나서 본 연구에서 수행한 자료 분석과 개선활동이 성공적으로 수행되었다는 것을 알 수 있었다. 이로부터 공정 분할평가법이 클린룸 내부의 제조라인에서 공정기준 입자오염제어를 수행하기 위한 적절한 방법임을 확인할 수 있었다. 그러나 개선 전과 후의 결과에서 보듯이 침착 입자 수의 감소율에 비해 불량의 감소율이 적은 이유는 실제에 있어서 제품에 불량을 일으키지 않는 위치에 침착된 입자들은 불량으로 인식되지 않기 때문인 것으로 판단된다.
- 먼저 불량모드와 각 모드가 차지하는 불량률을 조사하였고 그 결과를 Table 2에 제시하였다. 표에서 보는 바와 같이 불량모드는 FM1, FM2, FM3의 3가지로 구분할 수 있었고 불량품에서 이들이 차지하는 비율은 각각 40%, 40%, 20% 였다. 이후 불량품에 침착되어 결함을 일으키는 것으로 분석된 입자들을 채취하여 각 불량모드별로 무기물과 유기물로 구분하여 성분분석을 수행하였다.
- Table 3 에 나와 있는 성분 비율은 각 불량모드에서 제어해야 할 오염원의 우선순위를 나타내는 것이기 때문에 이들을 추적하여 제거하면 오염제어를 효과적으로 할 수 있다. 성분분석을 수행한 결과, PA 는 사람으로부터 발생한 것이었고, IFC, RB, SC, CEL은 원부자재, SUS/A1 은 장비에서 발생된 것으로 분류되었다.
- 따라서 본 연구를 수행한 제조라인에서 작업자와 원부자재에 관련된 개선 활동을 우선적으로 수행하였다. 작업자와 관련된 개선활동은 작업방법, 작업시간, 동선, 기류 등을 개선하는 것이었고, 원부자재와 관련된 개선 활동은 원부자재 세정, 동선, 검사방법 둥을 개선하는 것이었다. 최종적으로 장비와 관련된 개선은 오염물 발진이 많이 발생하는 공정을 추적하여 차단하거나 기류를 통하여 오염의 확산을 막았으며 로봇 등의 작업 경로를 수정하여 이동 시에 침착될 수 있는 오염물을 최소화하는 것으로 이루어졌다.
- 작업자와 관련된 개선활동은 작업방법, 작업시간, 동선, 기류 등을 개선하는 것이었고, 원부자재와 관련된 개선 활동은 원부자재 세정, 동선, 검사방법 둥을 개선하는 것이었다. 최종적으로 장비와 관련된 개선은 오염물 발진이 많이 발생하는 공정을 추적하여 차단하거나 기류를 통하여 오염의 확산을 막았으며 로봇 등의 작업 경로를 수정하여 이동 시에 침착될 수 있는 오염물을 최소화하는 것으로 이루어졌다.
- 않았다. 하지만 개선 활동 후에 최종 단에서 검사된 제품의 불량률이 개선활동 전보다 70%이상 감소하는 것으로 나타나서 개선 활동이 성공적으로 수행되었음을 알 수 있었다. 이로부터 데이터의 수집과 분석을 위해 수행되었던 성분분석법이 입자오염원 기준으로 오염제어를 수행하고 수율을 개선하는데 있어서 타당한 방법임을 확인할 수 있었다.
- 하지만 개선 활동 후에 최종 단에서 검사된 제품의 불량률이 개선활동 전보다 70%이상 감소하는 것으로 나타나서 개선 활동이 성공적으로 수행되었음을 알 수 있었다. 이로부터 데이터의 수집과 분석을 위해 수행되었던 성분분석법이 입자오염원 기준으로 오염제어를 수행하고 수율을 개선하는데 있어서 타당한 방법임을 확인할 수 있었다.
- 선정하였다. 중점관리공정에 대하여 개선 활동을 수행한 후, 불량률이 42%가 감소하는 것으로 나타나서 개선 활동이 성공적으로 수행되었다는 것을 알 수 있었고 본 연구에서 제안한 공정분할평가법이 공정기준 입자오염제어를 수행하기 위한 적절한 방법임을 확인할 수 있었다.
- 선정하였다. 주요 오염원에 대하여 개선 활동을 수행한 후, 불량률이 70% 이상 감소하는 것으로 나타나서 개선 활동이 성공적으로 수행되었다는 것을 알 수 있었고 본 연구에서 제안한 성분석법이 입자오염원 기준으로 오염제어를 수행하기 위한 좋은 방법임을 확인할 수 있었다.
- (4) 공정 분할평가법은 모조품을 이용하여 비교적 짧은 시간에 중점관리공정을 분석할 수 있는 장점이 있지만 임계면적 분석 등이 수행되어야만 정량적으로 우수한 결과를 도출할 수 있음을 확인하였고 성분분석법은 결함의 원 인계를 쉽게 추적하여 오염제어를 할 수 있는 장점이 있지만 실험에 있어서 많은 시간과 비용을 초래하는 단점이 있다.
- 따라서 본 연구에서 적용한 공정 분할평가법과 성분분석법이 모두 실험 가능한 클린룸 제조라인에 대해서는 공정분할평가법으로 중점관리공정을 선정하고 중점관리공정에서 성분분석법으로 오염원을 추적하여 제어하면 우수한 수율향상의 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
후속연구
- 그러나 개선 전과 후의 결과에서 보듯이 침착 입자 수의 감소율에 비해 불량의 감소율이 적은 이유는 실제에 있어서 제품에 불량을 일으키지 않는 위치에 침착된 입자들은 불량으로 인식되지 않기 때문인 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서의 결과보다 정량적인 비교가 가능한 결과를 도출하기 위해서는 제품이 갖는 임계면적 분석, 시스템수율(systematic yield) 분석, 치명 율(killing rate) 분석 둥과 같은 연구印)가 선행되어야만 할 것이다.
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