Verbund Mikroelektronik der Fraunhofer-Gesellschaft

Beteiligt sind neben dem Fraunhofer IPMS die Institute IMS, EMFT, ISIT, IZM, IISB und ENAS. Ziel ist es, Kunden aus Industrie und Wissenschaft Technologie-Angebote entlang der gesamten Wertschöpfungskette und Technology Readiness Level unterbreiten zu können. Als Hauptstandorte werden dabei Reinräume bezeichnet, die vollintegrierte Prozessabläufe bzw. Technologien anbieten und über einen umfangreichen Anlagenpark verfügen. Für die zwei 200-mm-Hauptstandorte sind das Fraunhofer IPMS in Dresden und das Fraunhofer ISIT in Itzehoe vorgesehen. Fokus-Reinräume konzentrieren sich auf Spezialanlagen, um beispielsweise neuartige Materialien zu erforschen. Die Fraunhofer-Institute IMS, EMFT, ENAS, IISB und IZM werden diese Fokus-Reinräume betreiben. Der einzige 300-mm-Standort befindet sich in Dresden und wird durch die Institute IPMS und IZM, Institutsteil „All Silicon System Integration Dresden – ASSID“, getragen.

Als Basis für die Reinraumstrategie wurden die Portfolios der Institute abgestimmt bzw. konsolidiert und erste konkrete Schritte zum Transfer von Equipment und Prozessen zwischen den Verbundinstituten identifiziert. Darüber hinaus wurden weitere Kooperationschancen zur Komplementierung und Erweiterung des technologischen Angebots erörtert. Mit dieser neuen Aufstellung wird das Fraunhofer IPMS seine 200-mm-CMOS-Aktivitäten deutlich ausbauen und das technologische Angebotsspektrum mit dem Schwerpunkt auf der MEMS-on-CMOS-Integration erweitern. Das Institut wird sich auf höhere Technology Readiness Level bis zur Pilotfertigung fokussieren (TRL3/4 bis 8). In Kooperation mit den Fokusstandorten werden nicht-CMOS-kompatible Materialien erforscht. Im Bereich der 300-mm-Technologie wird der gemeinsame Standort mit dem Fraunhofer IZM-ASSID zur Vervollständigung  der Wertschöpfungskette führen, was Kunden ein attraktives Entwicklungsspektrum bietet.

Insgesamt wird das Fraunhofer IPMS so zukünftig Einzelprozesse, Module, Bauelemente, Forschung & Entwicklung bis Pilotfertigung sowie Anlagen-, Material- und Prozessevaluierungen für und mit Industriepartnern anbieten – und das mit Equipment und einem Reinraumbetrieb nach Industriestandard für 200 und 300 mm.

Das Zusammenwachsen der Institute aus dem Mikroelektronik-Verbund der Fraunhofer-Gesellschaft erfordert auch ein „digitales Miteinander“. Im Rahmen der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland wurde ein gemeinsames Manufacturing Execution System (MES) zur gemeinsamen Steuerung der Reinrauminfrastruktur beschafft. Das erleichtert den übergreifenden Austausch von Daten und Substraten und beschleunigt Auswertungen. Mit dabei sind natürlich auch die beiden Reinräume des Fraunhofer IPMS. Thomas Zarbock, Leiter des 200-mm-Reinraums am Fraunhofer IPMS, gibt im Interview einen Ausblick auf die Zukunft:

Was ist der Vorteil eines gemeinsamen MES?

Das MES flankiert die engere Kooperation von Instituten im Rahmen der Reinraumstrategie. Es ermöglicht einen standardisierten Austausch von Informationen und Daten sowie Substraten bzw. Wafern auf der Fachebene zwischen den Instituten. So können die über die verschiedenen Reinraume verteilten verfügbaren technologischen Fähigkeiten durch das MES deutlich einfacher erschlossen und gegenseitig genutzt werden. Außerdem sorgt es dafür, dass Informationen zu Materialbearbeitungszustand, Durchlaufzeiten, Qualitätsstatus und Kontaminationsaspekten standardisiert ausgetauscht und transparent dargestellt werden können. Und was genauso wichtig ist: Das System gibt den Kolleginnen und Kollegen eine gemeinsame „Sprache“, was die Verständigung untereinander deutlich vereinfacht und die Gemeinsamkeiten als Basis für ein offenes und vertrauensvolles Miteinander betont. 

Wie weit sind Sie mit der Integration am Fraunhofer IPMS?

Hier müssen wir zwei Perspektiven betrachten. Zum einen hat jedes Institut eine lokale Installation des MES für seinen eigenen Reinraum. Zum anderen gibt es in dem Software-Paket ein „Enterprise MES“, das die standortübergreifende Kollaboration ermöglicht und sozusagen die Verzahnung zwischen den Instituten darstellt. Aus der Perspektive des „Enterprise MES“ wurden erste – zunächst fiktive –institutsübergreifende Substratbearbeitungen erfolgreich simuliert.

Aus Sicht der zweiten Perspektive möchte ich einen kurzen Überblick zum Stand der lokalen Installation am Fraunhofer IPMS geben. Eine Fab mit tief integriertem Bestands-MES im laufenden Betrieb umzustellen, wie es auch am Fraunhofer IPMS der Fall ist, kann durchaus mit einer Operation am offenen Herzen verglichen werden. Eine besondere Herausforderung stellt für uns darüber hinaus die Ablösung von klassischen ERPFunktionalitäten, wie der Materialwirtschaft, dar, welche im bisherigen MES abgebildet waren. Diese müssen nun zeitgleich mit der Implementierung des neuen MES in SAP – als das zentrale ERP-System der FhG – übertragen werden. Erste konkrete Schritte zur Anlagenanbindung und Abbildung der Geschäftsprozesse im neuen MES wurden vollzogen. Die Detailarbeit ist jedoch sehr komplex, weswegen wir aus zeitlicher Sicht hinter unserem Implementierungsplan liegen. Unser Ziel besteht darin, dieses Jahr alle Voraussetzungen zu schaffen, um Anfang 2023 sämtliche Substratbearbeitungen im Reinraum über das neue MES abzubilden und die Nachvollziehbarkeit aus Sicht der Qualitätssicherung zu realisieren.

Wie sieht eigentlich der Forschungs-Reinraum der Zukunft aus?

Hier sehe ich zwei große Trends: Umweltfreundlichkeit und Agilität. Wir möchten das Ziel der Fraunhofer-Gesellschaft, 2030 klimaneutral zu agieren, unterstützen. Erste Analysen haben wir schon gestartet und wir kennen den CO2-Fußabdruck unseres MEMS-Reinraums. Gleichzeitig wollen wir auch agiler werden, sodass wir flexibler auf Kundenwünsche eingehen können, kombiniert mit dem nötigen Freiraum für Forschung und Entwicklung. Beide Aspekte zusammenzubringen wird sehr spannend, da es hier durchaus intrinsische Zielkonflikte gibt!