Een draaiende fabriek aanscherpen

Promotieonderzoek beslaat vele jaren met talloze hoogte- en dieptepunten. Werktuigbouwer Edgar van Campen ontwierp mee aan een grote microchip-fabriek in Nijmegen....

Gewoonlijk promoveert een onderzoeker op een researchverslag van de politieke verhoudingen tijdens de Chinese Mingdynastie, de speurtocht naar een elementair deeltje of het gedrag van stekelbaarsjes. Edgar van Campen echter maakte een proefontwerp. In Nijmegen zette hij een 1,5 miljard gulden kostende fabriek voor elektronische chips neer. Volgende week dinsdag zal een promotiecommissie van de Technische Universiteit Eindhoven beslissen of hij daarmee de doctorstitel verdient.

'Ik heb die fabriek natuurlijk niet alleen neergezet, maar met een heel team. Ik was verantwoordelijk voor de plaats van de machines die een schijfje hoogwaardig silicium tot chips bewerken', zegt de 31-jarige Van Campen, die na zijn studie werktuigbouwkunde terecht kwam bij Philips Nijmegen.

'Ik vond natuurkunde en wiskunde altijd al leuk, maar vond vooral het zelf bouwen erg aantrekkelijk. Het lijkt een cliché, maar ik speelde vroeger heel veel met Lego.' Dat bouwen is er dus in gebleven en in de ruim vijf jaar die zijn promotie duurde, ontwierp Van Campen het interieur van een fabriek van achtduizend vierkante meter.

Wekelijks produceert deze fabriek nu 4500 wafers, de iets groter dan een CD metende silicium schijven waarin elk vijfhonderd tot duizend chips zijn gebakken. Zo'n chip meet tussen de 0,25 en 2,25 vierkante centimeter en bevat miljoenen transistors. Om die in een silicium plaatje te kunnen maken, ondergaat een wafer gemiddeld vierhonderd bewerkingen. Daarvoor blijft hij acht tot tien weken in de fabriek, zodat er dagelijks zo'n 35 duizend schijfjes in verschillende stadia aanwezig zijn.

Van Campen: 'In de Nijmeegse Mos4You fabriek, die ik hielp bouwen, staan vijfhonderd machines, waarvan een stuk of zeventig verschillende. Ze kunnen etsen, implanteren, verhitten, deponeren. Gemiddeld kosten ze 2,5 miljoen gulden per stuk, sommige wel tien miljoen. Daarom wil je dat ze zo efficiënt mogelijk gebruikt worden.' Van Campen moest daarvoor een optimale logistiek bedenken.

Soms gaat het transport van de ene machine naar de andere automatisch, vaak gebeurt het met de hand door een van de vierhonderd operators die de fabriek telt. Van Campen: 'In sommige machines komt een wafer maar één keer, in andere, zoals de lithografiemachine, wel 20 tot 25 keer in het totale proces. Die machines zijn ook het duurst, dus die wil je honderd procent benutten.'

Wat doe je als een machine stukgaat en er wachtrijen ontstaan? De stroom wafers omleiden naar andere machines, is het logische antwoord. Maar hoe? Waar staan die machines: vlakbij of in een ander deel van de hal? Het lijkt slim om alle machines die hetzelfde doen bij elkaar te zetten, zodat er specialismen in de fabriek ontstaan. Door de berekeningen van Van Campen koos men er echter voor om een aantal ondersteunende machines vlakbij de hoofdmachines te zetten. 'Daardoor ontstaan mini flowtjes met een hogere doorloop, waardoor het proces sneller gaat.'

Van Campen: 'Gemiddeld staan vijftig tot zestig machines stil omdat ze stuk zijn of moeten worden ingeregeld. Dan zijn ze twee uur niet beschikbaar. Met die uitval kun je rekening houden. De meeste machines draaien niet op volle capaciteit, alleen de duurste lithografiemachines. Maar ook al houd je rekening met gemiddeld tien procent uitval, dan heb je net een dag dat twintig procent van de machines niet beschikbaar is. Ook dan moet je maatregelen klaar hebben om de wachttijden zo kort mogelijk te houden.'

Daartoe heeft Van Campen zogeheten schedulingregels ontworpen en ingevoerd. Robuuste computerregels die op het moment dat er 'een bult', een ophoping aan wafers, ontstaat aan de operator vertellen welke wafers naar welke machine gebracht moeten worden. 'De regels houden rekening met het moment waarop de wafers afgeleverd moeten worden. De partij die het eerst klaar moet zijn, krijgt dan voorrang.'

Hoe theoretisch de wiskunde achter de regeltjes ook is, de uitvoering ervan is puur praktisch. 'Het ene moment discussieer je over hoe je zo'n schedulingregel kunt maken, het andere moment trekt een operator me aan mijn jasje omdat hij niet begrijpt waarom hij een bepaald lot moet nemen. Soms heeft hij gelijk en moet ik mijn regels aanpassen, maar soms ook moet ik hem overtuigen waarom het toch beter is dat hij doet wat de computer aangeeft.'

Het was niet zo dat toen Van Campen op z'n vijfentwintigste als pas afgestudeerde in de fabriek kwam, men zei: ontwerp jij even die fabriek. Zijn kennis over de logistiek heeft echter wel de lay-out sterk beïnvloed. 'Men erkende toch wel snel mijn specifieke deskundigheid', zegt Van Campen. 'Ik ben natuurlijk eerst op andere plaatsen gaan kijken, terwijl de fabriek al gepland werd. In de loop der tijd hebben we aanpassingen aangebracht.'

Van Campen begon met het hart van de fabriek: de lithografiemachines. 'Daar valt de meeste winst te boeken, omdat deze echt optimaal gebruikt moeten kunnen worden. Het ging goed, maar niet direct volledig. We hebben in de loop van maanden geleerd en de regels moeten aanscherpen en uitbreiden, terwijl de fabriek bleef doordraaien. Uiteindelijk zijn we er in geslaagd het proces twee tot vijf procent efficiënter te laten verlopen. Dat lijkt weinig, maar met 4500 wafers per week scheelt dat heel wat.'

Van Campen was vier dagen per week in dienst van Philips, de vijfde dag, de avonden en het weekeinde besteedde hij aan z'n proefschrift. 'Het was hard werken', erkent hij. 'In eerste instantie ben je er toch voor de mensen in de fabriek. Er zijn tijden geweest dat het zo druk was dat ik toch vijf dagen per week heb gewerkt. Bovendien moet je opereren binnen de randvoorwaarden van het bedrijf. Als iemand in Eindhoven bedenkt dat er extra productie moet komen in een belendend gebouw, dan zul je daarmee moeten leren leven. Ook al betekent dit dat je uitgestippelde logistiek daardoor een beetje de das wordt omgedaan.'

Meer over