Fertigung von Mischlosen in der Mikroelektronik auf der Basis eines Verfahrens zur Verfolgung von Einzelscheiben

122 Pages·1997·4.673 MB·German

by  Dr.-Ing. Olaf Herzog (auth.)

VERFAHREN ZUR FERTIGUNG VON MISCHLOSEN
AUF DER BASIS EINES SYSTEMS ZUR VERFOLGUNG
VON EINZELSCHEmEN
VON DER FAKULTAT FOR FERTIGUNGSTECHNIK
DER UNIVERSIT AT STUTTGART ZUR ERLANGUNG
DER WURDE EINES DOKTOR-INGENIEURS
(DR.-ING.) GENEHMIGTE ABHANDLUNG
VORGELEGT VON
DIPL.-ING. OLAF HERZOG
AUS AUSTIN
HAUPTBERICHTER: PROF. DR.-ING. DR.H.C. E. WESTKA.MPER
MITBERICHTER: PROF. DR. RER. NAT. B. HOFFLINGER
TAG DER EINREICHUNG: 10. SEPTEMBER 1996
TAG DER MUNDLICHEN PRUFUNG: 25. JUNI 1997
Olaf Herzog
Fertigung von Mischlosen
in der Mikroelektronik auf
der Basis eines Verfahrens
zur Verfolgung von Einzel
scheiben
Mit 59 Abbildungen
Springer
Dr.-Ing. Olaf Herzog
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. E. Westkamper
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr. h. c. H.-J. Bullinger
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Fraunhofer-Institut fOr Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO), Stuttgart
093
ISBN·13: 978·3·540·63563·5 e·ISBN-13: 978·3·642-47908-3
DOl: 10.1007/978-3-642·47908-3
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Gesamtherstellung: Copydruck GmbH, Heimsheim
SPIN 10646670 6213020-543210
Geleitwort der Herausgeber
Ober den Erfolg und das Bestehen von Unternehmen in einer marktwirtschaftlichen
Ordnung entscheidet letztendlich der Absatzmarkt. Das bedeutet, moglichst frOhzeitig
absatzmarktorientierte Anforderungen sowie deren Veranderungen zu erkennen und
darauf zu reagieren.
Neue Technologien und Werkstoffe ermoglichen neue Produkte und eroffnen neue
Markte. Die neuen Produktions- und Informationstechnologien verwandeln signifikant
und nachhaltig unsere industrielle Arbeitswelt. Politische und gesellschaftliche Verande
rungen signalisieren und begleiten dabei einen Wertewandel, der auch in unseren Indu
striebetrieben deutlichen Niederschlag findet.
Die Aufgaben des Produktionsmanagements sind vielfaltiger und anspruchsvoller ge
worden. Die Integration des europaischen Marktes, die Globalisierung vieler Industrien,
die zunehmende Innovationsgeschwindigkeit, die Entwicklung zur Freizeitgesellschaft
und die Obergreifenden okologischen und sozialen Probleme, zu deren Losung die Wirt
schaft ihren Beitrag leisten muB, erfordern von den FOhrungskraften erweiterte Perspek
tiven und Antworten, die Ober den Fokus traditionellen Produktionsmanagements deut
lich hinausgehen.
Neue Formen der Arbeitsorganisation im indirekten und direkten Bereich sind heute
schon feste Bestandteile innovativer Unternehmen. Die Entkopplung der Arbeitszeit von
der Betriebszeit, integrierte Planungsansatze sowie der Aufbau dezentraler Strukturen
sind nur einige der Konzepte, welche die aktuellen Entwicklungsrichtungen kennzeich
nen. Erfreulich ist der Trend, immer mehr den Menschen in den Mittelpunkt der
Arbeitsgestaltung zu stellen - die traditionell eher technokratisch akzentuierten Ansatze
welchen einer starkeren Human- und Organisationsorientierung. Qualifizierungspro
gramme, Training und andere Formen der Mitarbeiterentwicklung gewinnen als Diffe
renzierungsmerkmal und als Zukunftsinvestition in Human Resources an strategischer
Bedeutung.
Von wissenschaftlicher Seite muB dieses BemOhen durch die Entwicklung von Methoden
und Vorgehensweisen zur systematischen Analyse und Verbesserung des Systems
Produktionsbetneb einschlieBlich der erforderlichen Dienstleistungsfunktionen unter
stOtzt werden. Die Ingenieure sind hier gefordert, in enger Zusammenarbeit mit anderen
Dlsziplinen, z. B. der Informatik, der Wirtschaftswissenschaften und der Arbeitswissen
schaft, Losungen zu erarbeiten, die den veranderten Randbedingungen Rechnung
tragen.
Die von den Herausgebern langjahrig geleiteten Institute, das
- Instltut fOr Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart (IFF),
- Institut fOr Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement (IAT),
Fraunhofer-Institut fUr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA),
Fraunhofer-Institut fOr Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO)
arbeiten in grundlegender und angewandter Forschung intensiv an den oben aufgezeig
ten Entwicklungen mit. Die Ausstattung der Labors und die Qualifikation der Mitarbeiter
haben bereits in der Vergangenheit zu Forschungsergebnissen gefOhrt, die fOr die Praxis
von groBem Wert waren. Zur Umsetzung gewonnener Erkenntnisse wird die Schriften
reihe ..IPA-IAO - Forschung und Praxis" herausgegeben. Der vorliegende Band setzt
diese Reihe fort. Eine Obersicht Ober bisher erschienene Titel wird am SchluB dieses
Buches gegeben.
Dem Verfasser sei fOr die geleistete Arbeit gedankt, dem Springer-Verlag fOr die Auf
nahme dieser Schriftenreihe in seine Angebotspalette und der Druckerei fOr saubere und
zOgige AusfOhrung. Mage das Buch von der Fachwelt gut aufgenommen werden.
E. Westkamper H.-J. Bullinger
Vorwort
Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter
am Fraunhofer Institut Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart. Zum Dank
fur den Ruckhalt wahrend des Entstehens der Arbeit widme ich das Buch meiner Frau und
meinen Kindem.
Herro Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. E. Westkaemper und Herro Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult. H.-J.
Warnecke danke ich fur die wohlwollende Unterstiitzung und Forderung meiner Arbeit.
Mein Dank gilt auch in gleicher Weise Prof. Dr. rer. nat. B. Hofflinger fUr die Durchsicht der
Arbeit und die Ubernahme des Mitberichts.
Ich danke allen Kolleginnen und Kollegen fiir die Unterstutzung und konstruktive Kritik
wahrend der Entstehung meiner Arbeit. Mein Dank gilt dabei insbesondere Herro Dr.-Ing.
Bernhard Klumpp, Herrn Dr.-Ing. M. Schweizer und Herro Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. R. D.
Schraft.
Einen besonderen Dank mochte ich Herrn Dipl.-Ing. W. Schafer und Herrn Dipl.-Ing. J.
SchlieBer vom IPA sowie Herro Dipl.-Ing. P. Staudt-Fischbach von der TEMIC
Semiconductor Itzehoe GmbH fUr die ausdauernde Diskussionsbereitschaft wahrend der
Entstehung dieses Werkes aussprechen.
Austin, Juli 1997 Olaf Herzog
Inhaltsverzeichnis
Abkurzungen ............................................................................................. 12
Einleitung .................................................................................................. 13
1.1 Problemstellung ....................................................................................... 13
1.2 Zielsetzung .............................................................................................. 14
2 Stand der Technik ..................................................................................... 15
2.1 8egriffe und Definitionen ......................................................................... 15
2.2 Flexible Halbleiterfertigung ...................................................................... 16
2.3 Fertigungsgerate und MaterialfluB ........................................................... 18
2.3.1 Losdefinition und MaterialfluB auf Gerateebene ............................... 18
2.3.2 Gerateinterner MaterialfluB ............................................................... 20
2.4 Informationsverarbeitung in der Fertigung ............................................... 21
2.4.1 Informationssysteme auf operativer Ebene ...................................... 21
2.4.2 Werkstattsteuerung .......................................................................... 22
3 EinflGsse auf die wirtschaftliche Fertigung flexibler LosgroBen ......... 24
3.1 EinfluB der Proze13technik ........................................................................ 24
3.2 EinfluB der Geratetechnik ........................................................................ 25
3.3 EinfluB der Werkstattsteuerung ............................................................... 27
3.4 EinfluB von Informationssystemen auf operativer Ebene ........................ 29
3.5 L6sungsansatze zur wirtschaftlichen Fertigung flexibler Losgr6Ben ....... 31
3.6 Zusammenfassung der Untersuchungsergebnisse ................................. 33
4 Ableitung der Entwicklungsschwerpunkte ............................................ 35
4.1 Anforderungen an das Verfahren zur Mischlosbildung ............................ 35
4.2 Anforderungen an ein System zur Einzelscheibenverfolgung ................. 37
5 Konzeption eines Verfahrens zur Mischlosbildung ............................... 39
5.1 Modellierung der operativen Ebene ......................................................... 39
5.1.1 Modell des Loses .............................................................................. 39
5.1.2 Fertigungsgerat ................................................................................ 40
-10 -
5.1.3 Arbeitsablauf am Fertigungsgerat .................................................. 43
5.1.4 Randbedingungen fOr die Bewertung des Nutzens ........................ 43
5.2 Arbeitsprinzip der Mischlosverwaltung ................................................... 44
5.2.1 Ein-/AusgangsgroBen fOr die Mischlosbildung ............................... 44
5.2.2 Algorithmus zur Mischlosbildung .................................................... 48
5.2.3 Basisregelsystem fOr die MischlosgrOndung .................................. 50
5.2.4 Basisregelsystem fOr die Mischlostrennung ................................... 52
5.3 Aufbaustruktur des Verfahrens zur Mischlosbildung .............................. 53
5.3.1 Abbildung der Mischlose ................................................................ 53
5.3.2 Abbildung von Monitorscheiben ..................................................... 57
5.4 Ablaufstruktur des Verfahrens zur Mischlosbildung ............................... 61
5.4.1 Ablauf von Mischlosbildung und -trennung ..................................... 61
5.4.2 Gesamtablauf ................................................................................. 65
5.5 Funktionale Defizite auf operativer Ebene ............................................. 66
6 Entwicklung eines Systems zur Einzelscheibenverfolgung ............... 69
6.1 Materialverwaltung ................................................................................. 70
6.1.1 PrOfung der Arbeitsplandaten vor Bearbeitung eines Mischloses .. 70
6.1.2 Aktualisieren von Loshistorie und Geratehistorie ........................... 72
6.1.3 Interne Struktur der Materialverwaltung ......................................... 76
6.2 Urnhordetechnik ..................................................................................... 78
6.2.1 Be-/Entladevorgang ........................................................................ 78
6.2.2 Umhordeprozeduren ....................................................................... 81
6.3 Schnittstelle zur Identifikation ................................................................ 83
6.3.1 Obertragungsart .............................................................................. 83
6.3.2 Kennzeichnung und Laufkarte ........................................................ 84
6.4 Schnittstelle zur Geratetechnik .............................................................. 87
6.4.1 Bearbeitung von Mischlosen .......................................................... 88
6.4.2 BedienerunterstOtzung am Gerat ................................................... 90
6.5 Schnittstelle zur Werkstattsteuerung ..................................................... 94
6.5.1 Abbildung von Mischlosen in der Werkstattsteuerung .................... 94
6.5.2 AusfOhrung der Schnittstelle ........................................................... 97
6.5.3 Einzelscheibenverfolgung als Teil der Werkstattsteuerung ............ 99
-11 -
6.6 Systemstruktur ....................................................................................... 99
6.6.1 Funktionsaufteilung auf operativer Ebene ...................................... 99
6.6.2 Systemkomponenten und Werkzeuge fOr die Realisierung .......... 102
7 Realisierung und Erprobung ............................................................... 105
7.1 Vorversuche zum Verfahren zur Mischlosbildung ................................ 105
7.2 Realisierung des Systems zur Einzelscheibenverfolgung ................... 105
7.2.1 Randbedingungen ........................................................................ 105
7.2.2 Entwurf der Architektur und Realisierung ..................................... 107
7.2.3 Erprobung ..................................................................................... 110
7.3 Diskussion der Ergebnisse .................................................................. 111
8 Zusammenfassung und Ausblick ....................................................... 113
9 Literatur ................................................................................................. 115
-12 -
Abkiirzungen
ASIC Application Specific Integrated Circuit
BiCMOS Bipolar Complementary Metal Oxide
Semiconductor
CAM Computer Aided Manufacturing
CCD Charge Coupled Device
ClM Computer Integrated Manufacturing
CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
DRAM Dynamic Random Access Memory
EDV Elektronische Datenverarbeitung
GEM Generic Equipment Model
IC Integrated Circuit, Integrierte Schaltkreise
ISO International Standardization Organization
LG LosgroBe
MMS Manufacturing Message Specification
MMS-I Manufacturing Message Specification Interface
OCR Optical Character Recognition
OSI Open Systems Interconnection
PC Personal Computer
SECS Semiconductor Equipment Communication Standard
SEMATECH US-basierte IC-Herstellervereinigung
SEMI Semiconductor Equipment and Materials Institute
SMIF Standard Mechanical Interface
SPS Speicherprogrammierbare Steuerung
SQL Standardized Query Language
SRAM Static Random Access Memory
VFEI Virtual Factory Equipment Interface