Технико-экономическое сравнение систем Адаптивного и Массового производств

Технико-экономическое сравнение систем Адаптивного и Массового производств

Традиционный подход к организации полупроводникового производства,

который называется Массовая Производственная Система (MMS - Mass

Manufacturing System), в большей степени ориентирован только на минимизацию

себестоимости в расчете на единицу продукции, что является не совсем

оптимальным, потому что не учитывает важность таких показателей как: сроки

выхода на рынок, капитальные затраты и способность адаптироваться к

разнообразию продукции. Именно поэтому начал развиваться альтернативный

подход к организации полупроводникового производства, получивший название

Адаптивная Производственная Система (AMS - Adaptable Manufacturing System).

В данной работе будет сделана попытка показать (на основе результатов

моделирования AMS и MMS фабрик представленных на симпозиуме IEEE/SEMI

International Semiconductor Manufacturing Science в 1993 году), что

создание более гибкой маркетинговой политики основанной на быстрой реакции

к изменению потребностей рынка, позволяет не только быть первыми на рынке,

но также не терять способность к массовому выпуску продукции. Т.е., другими

словами, за счет увеличения себестоимости изделия, AMS позволяет выйти

первыми на рынок с достаточным объемом готовой продукции (качественной),

тем самым обгоняя конкурентов на срок от нескольких дней до двух и более

недель (зависит от вида продукции), что создает временную монополию на этот

вид продукции. Причем, оборудование AMS фабрик и методы функционирования

выбраны так, чтобы оптимизировать себестоимость с учетом сроков реализации.

А по мере выхода конкурентов на рынок с той же продукцией, но при более

низкой цене, AMS способно быстро и с минимальными затратами перестроиться в

массовое производство, где себестоимость на единицу продукции почти не

будет отличаться от MMS фабрики.

Сравним AMS и MMS фабрики сначала в стадии технологической зрелости. На

рисунке 1 и 2 отображены результаты моделирования в виде зависимостей темпа

производства и среднего срока производства от общего количества

обрабатываемых партий, где размер одной партии, на обоих фабриках,

оставался постоянным и составлял 24 подложки.

[pic]

[pic]

Кластера очистки, осаждения металлов и литографии находились в конфигурации

конвейера. При рассмотрении рисунков 1 и 2 видно, что увеличение уровней

загрузки приводит к увеличению темпов производства за счет улучшения

использования, но также к ухудшению сроков производства, что объясняется

эффектом насыщения. Объединяя рисунки 1 и 2, а также преобразуя темпы

производства в себестоимость подложки получаем кривые представленные на

рисунке 3.

[pic]

Как показано на этом рисунке, модель предсказывает, что AMS фабрика, даже в

конфигурации технологической зрелости, может производить подложки

приблизительно в два раза быстрее, чем MMS фабрика. Минимальная прибыль

получаемая от AMS фабрики примерно на 15% выше, чем от MMS фабрики.

[pic]

Для дальнейшего анализа сравним результаты моделирования AMS и MMS

фабрик сконфигурированных и управляемых на получение быстрых сроков

производства. На обоих фабриках размер партии составлял 6 подложек. Также

на AMS фабрике были изменены конфигурации кластеров, которые теперь были

рассчитаны на серийное производство. В сущности метод анализа ничем не

отличается от уже рассмотренного за исключением того, что конечным

результатом применения этого метода стал рисунок 4. В этом случае модель

предсказывает, что AMS фабрика должна будет производить подложки примерно в

три раза быстрее, чем MMS фабрика (на изгибе кривых). Однако, минимальная

себестоимость подложек на обоих фабриках получается значительно выше

(приблизительно в 3 раза) по сравнению с конфигурацией технологической

зрелости.

Фабрики как AMS, так и MMS работающие в пилотной стадии являются во

много раз сложной моделью, чем фабрики с коротким сроком производства или в

конфигурации технологической зрелости. Объясняется это тем, что затраты на

производственные мощности и на оборудование по контролю за браком

становятся выразительной частью всех основных затрат. Причем, эти затраты

изменяются в широких пределах (в два и более раз), даже для фабрик

работающих в одном и том же технологическом уровне. В добавок, научно-

исследовательская база может иметь разнообразное оборудование охватывающее

несколько технологических поколений. По этим причинам моделирование фабрик

работающих в пилотной стадии не производилось. Затраты на производственные

мощности являются первоочередной важностью, что служит причиной для

совместного использования производственных мест с высоко-объемными

фабриками. Например, маленькая 0.25 мкм фабрика работающая в пилотной

стадии может параллельно работать с большой 0.5 мкм фабрикой.

Рисунок 5 показывает различие в себестоимостях подложек для области

находящейся слегка справа от рабочих точек кривых на рисунке 3.

Оборудование и другие капитальные вложения обесценивались свыше пяти лет.

Накладные расходы включают жидкие химикаты на MMS фабрике, запасные части,

поддержка внешних обязательств, а также косвенные расходы на администрацию

и специалистов. Но рисунок 5 не включает распределение расходов возникающие

вне фабрики, такие как расходы на руководство корпорацией и

усовершенствование продукта. Если бы эти величины были включены, то

себестоимость подложек была бы выше. Большая часть фабричных расходов

независит от использования фабрики, кроме затрат на материалы и оператора,

которые частично пропорциональны использованию. Основным оправданием

высокой себестоимости подложек в AMS по сравнению с MMS, рисунки 3, 4 и 5 -

это увеличенные расходы на обслуживание оборудования. Так как процесс

новый, то ожидается, что улучшение литографических кластеров и

использование одноподложечной жидкой очистки (в противоположность сухой)

уменьшит эти расходы до низкой значимости.

[pic]

Преимущества производства AMS фабрик является результат появления

целого ряда доступных технологий. Например, многовариантное независимое

управление многозонными лампами недавно сделало технически осуществимым

быстрое выращивание и осаждение термической пленки. Стратегия

изолированного контроля сделало возможным объединять такие машины друг с

другом в последовательность для серийной обработки, которая не должна будет

зависеть от интерактивных измерений для того, чтобы поддерживать управление

процессом. Для AMS фабрики доступны три главные технологические изменения в

производстве:

1). Способность заменить фактически все установки групповой обработки

на установки индивидуальной обработки подложек, причем затрачивая на это

минимум средств;

2). Возможность сгруппировать эти устройства не подвергаясь

значительным потерям в управлении процессом;

3). Снижение времени наладки, особенно в степперах.

Заменяя оборудования групповой обработки пластин, особенно печей и линий

влажной обработки, уменьшается минимальное время всего процесса обработки.

Сгруппированное оборудование позволяет дальнейшее уменьшение времени,

предлагая конвейерную загрузку партий (коротко-срочный режим) или

параллельную обработку партий (режим технологической зрелости). Удаляя

часть оборудования и уменьшая время наладки создаем экономически выгодные

маленькие размеры партий, которые могут быть использованы для дальнейшего

уменьшения сроков производства.

Адаптивная Производственная Система представляет собой новый подход к

альтернативной системе полупроводникового производства, как с точки зрения

физического оборудования, так и эксплуатации, что послужило причиной

возрастающей важности к основным затратам и срокам производства в

добавлении к традиционной себестоимости подложек.