OEE senkt Betriebskosten in der Halbleiterindustrie

Weniger Betriebskosten durch mehr Information: Das Ziel, die Halbleiterproduktion noch effizienter zu gestalten, hat sechs deutsche Halbleiterhersteller, zwei Software-Häuser und vier Forschungsinstitute im BMBF-geförderten OEE-Projekt vereint – OEE steht für „Overall Equipement Efficiency“.

OEE steht für „Overall Equipement Efficiency“ und für ein neues Konzept zur Effizienzsteigerung in der Halbleiterfertigung: Seit November 1999 fördert das Bundesministerium für Forschung und Bildung (BMBF) das gleichnamige Verbundprojekt mit dem Ziel, Verbesserungspotenziale in der Produktion zu erschließen und der deutschen Halbleiterindustrie zu einer verbesserten Wettbewerbsfähigkeit auf dem internationalen Markt zu verhelfen. Die beteiligten Unternehmen und Forschungsinstitute entwickeln ein umfassendes, zielgruppenorientiertes Konzept zum Monitoring und zur Analyse wirtschaftlich relevanter Kenngrößen der aktuellen Produktionsanlagen. Der aktuelle Zwischenstand des Projekts wurde am 16. November beim ersten offenen OEE-Workshop am Fraunhofer IPA in Stuttgart vorgestellt. Auf Industrieseite bearbeiten die Unternehmen Atmel, Heilbronn, Bosch, Reutlingen, camLine, Petershausen, Elmos, Dortmund, Philips, Böblingen, TIP, Teltow, X-FAB, Erfurt, und das Zentrum für Mikroelektronik (ZMD), Dresden, einzelne Fragestellungen in Teilprojekten. Die Fraunhofer-Institute für Produktionstechnik und Automatisierung IPA und für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, beide Stuttgart, sowie die Fraunhofer-Institute für Siliziumtechnologie ISI, Itzehoe, und für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen begleiten sie wissenschaftlich.

Die OEE-Projektgruppe unter Federführung der Firma Bosch und unterstützt vom Fraunhofer IPA arbeitet daran, Maschinen wesentlich genauer im Rechner abzubilden, als die SEMI-Standards dies bisher verlangen. Die in SEMI E10 und SEMI E79 definierten Kennzahlen sind Indikatoren dafür, ob eine Maschine gut oder schlecht ausgelastet ist. Um die Maschinenauslastung weiter zu verbessern, müssen die Maschinenzustände allerdings noch genauer abgebildet werden, als es die Standards bisher vorschreiben. Dafür sind mehrere Hürden zu nehmen: Die erste ist die Datenerfassung. Um die Zustände nach SEMI E10 überhaupt abbilden zu können, braucht man sowohl Informationen direkt von der Maschine als auch aus dem MES (Manufacturing Execution System). „Gerade bei alten Maschinen stößt man hier schnell auf Probleme“, hat Dietmar Hornung vom Fraunhofer IPA erfahren. „Sie sind oft nur eingeschränkt kommunikativ. Dazu kommt, dass das MES bei jedem Halbleiterhersteller unterschiedlich ist“, erklärt er. Trotzdem ist er zuversichtlich, dass sich diese Hindernisse umschiffen lassen. Die OEE-Software verknüpft diese Daten mit denen aus dem MES und berechnet damit nach SEMI E10 und SEMI E79 Maschinenzustände. „Damit erhalten wir Kennzahlen, die die Auslastung der Maschinen sehr genau beschreiben, und können Maßnahmen einleiten, um die Probleme zu eliminieren“, sagt Hornung. Eine standardisierte Darstellung auf der Basis von UML (Unified Modelling Language) hilft, die Prozesse für eine genauere Analyse zu visualieren. Sie macht auch die Zustandsübergänge der Maschinen transparenter und unterstützt die Programmierer beim Erstellen der OEE-Software.

Eine zweite Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Abbildung von Mehrkammeranlagen (sog. Cluster Tools) in einem objektorientierten Modell. Die Cluster Tools bestehen in der Regel aus separaten Modulen mit unterschiedlichen Aufgaben. Welchen Weg die Werkstücke durch diese Module nehmen, kann häufig nicht einmal der Anlagenbetreiber genau sagen. Seine Möglichkeiten, in den Prozess einzugreifen und einzelne Abläufe seiner Produktion zu optimieren, sind entsprechend beschränkt. Die Philips GmbH und das Fraunhofer IPA entwicklen deshalb eine virtuelle Abbildung des Cluster Tools, die die physikalischen Ebenen der Anlage berücksichtigt. Das Modell greift die Vorgaben von SEMI E10 und SEMI E79 auf und hilft, die verschiedenen Wege der Wafer durch die Mehrkammeranlage zu verfolgen.

camLine, TIP und das Fraunhofer IAO erstellen eine Software, die die in den Projekten erarbeiteten Ansätze in ein Programmpaket integriert. Das gilt auch für die Programmmodule zur Erkennung von Fehlern an den Maschinen (camLine), zur Einleitung von Korrekturen des Produktionsverlaufs (Fraunhofer IAO) und zur Materialflussoptimierung (TIP GmbH) aus den restlichen Teilprojekten. camLine installiert derzeit die ersten Prototypen des Gesamtpakets bei den teilnehmenden Halbleiterherstellern. Über die Erfahrungen damit sowie über weiterführende Ansätze und deren Umsetzung werden die Teilnehmer des OEE-Projekts auf einem abschließenden Workshop Ende 2002 berichten.

Weitere Informationen zum Projekt inklusive Chatroom zur Diskussion von OEE-Problemen sind zu finden unter www.oee.de.

Ihre Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Dipl.-Phys. Dietmar Hornung, Telefon: 0711/970-1864, Telefax: 0711/970-1007, E-Mail: dih@ipa.fhg.de
Dipl.-Inform. Ralf Muckenhirn, Tel 0711/ 970-1217, Fax: +49 0 711/970-1007
E-Mail: rhm@ipa.fhg.de