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.