KURS (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.

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.

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.

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.

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.