반도체 산업의 시장은 매년 증가하고 있으며 생산환경, 설비 등의 변화로 인하여 매년 많은 수의 기존 FAB Line이 변화되고 새로이 건설되고 있다. 그 동안 반도체 산업의 성장은 주로 설계기술, 설비기술, Chip Size의 소형화 등의 기술적인 개발에 의존하고 있었으나 반도체 기술의 확산, 시장 경쟁력의 격화 등으로 생산성 향상에 의한 원가절감이 성장의 근본요인이 되고 있다. 즉 FAB Line의 시스템적인 관리통제의 기술이 반도체 산업의 성패를 좌우하는 시대로 접어든 것이다. FAB Line은 크게 Bay와 Stocker, 각 Lot (또는 Batch) 들을 운반하는 Inter-System으로 구성된다. 이러한 Line은 대체 특성, 분기 현상, 돌발 상황 등의 특수한 경우가 많아 Analytic 모델로 접근하기에는 사실상 불가능하다. 특히 Stocker와 Bay 간의 이동은 더욱 그렇다. 따라서 적절한 설계과정을 거친 Simulation적 접근이 합리적이다. 본 논문에서는 FAB Line에서 Stocker 배치의 다양한 실험을 수행하였다. 그 결과 Line에서 최적의 Stocker 수와 가동률을 알아내었다. 반도체 생산라인에서는 제품별 또는 같은 제품이라도 Version이 다른 경우 FAB 공정가운데 약 10% 내외만이 바뀌는 점을 감안하면 본 논문의 결과는 쉽게 생산현장에 적용될 수 있을 것이며, 이것은 비단 반도체 공정뿐 아니라 제조업에서도 적용되리라 예상한다.
반도체 제조 공정 중 FAB공정은 수많은 단위공정들로 이루어져 있고, 한 Lot에 대한 모든 공정을 진행하는 데에는 약 1개월 이상이 소요된다. 반도체 산업의 특성상 고객이 원하는 제품을 최단 시간 내에 생산을 해서 적기에 제품을 공급해야만 최대의 수익을 올릴 수가 있다. 그러므로 FAB공정의 공기단축은 반도체 생산에서 중요한 부분이 된다고 할 수 있다. 본 연구는 FAB공정 중 단위공정과 단위공정 사이에서 이루어지는 작업을 라인자동화를 통한 새로운 모델을 적용해서 단위공정에서 소요되는 시간을 단축함으로써, 반도체 제조의 생산성향상 및 공기단축을 목적으로 한다.
본 논문에서는 반도체 fab 라인의 물류 설비를 event graph로 모델링 하는 방법론을 제안하고 있다. 최근 반도체 fab 라인 같은 대표적인 자본 집약적 제조라인에서는 운영단계에서 투입 계획, PM schedule 및 operation rule 등을 변화시켜 가며 평가 및 검증해 볼 수 있는 what-if simulation을 위한 line simulator의 필요성이 점점 높아지고 있다. 그러나 상용 simulator는 각 제조라인의 특성에 맞게 customization하는데 많은 시간과 비용이 소요될 뿐만 아니라 특성을 반영하는데 한계가 있다. 따라서 이러한 line simulator를 개발할 때 근간이 되는 설비의 simulation model이 필요하다. 이 때 설비들은 생산(processing) 및 물류(handling) 설비로 나눌 수 있는데, 본 논문에서는 반도체 fab 라인의 물류 설비 모델링 방법을 제시하고 실제 물류 설비를 모델링 해 봄으로써 그 효용성을 알아본다.
현재 반도체 산업은 200mm 웨이퍼에서 300mm 웨이퍼 공정으로 기술이 변화하고 있다. 300mm 웨이퍼 제조업체들은 Fabrication Line (FAB Line) 자동화를 비용절감 실현의 방책으로 사용하고 있다. 또한 기술의 확산, 시장 경쟁력의 격화 등으로 생산성 향상에 의한 원가절감이 반도체 산업 성장의 근본요인이 되고 있다. 대부분의 반도체 업체들은 생산성을 높이기 위해 average cycle time을 줄이는데 총력을 기울이고 있다. 본 논문에서는 average cycle time을 줄이는 데 중점을 두고, 300mm 반도체 제조공정을 시뮬레이션 하였다.
본 연구는 복잡하고 다양한 반도체 공저의 모델링을 통하여 반도체 공정 표준화 작업을 목적으로 하고 있다. 급변하는 세계 반도체 시장에서 국내 반도체 업체가 수위를 지킬 수 있는 방안은 공정의 표준화를 제시함으로써 생산업체에서의 신기술 개발에 따른 어려움을 해소하고 기술 개발과 더불어 생산관리 쪽으로의 이동에 대응할 수 있도록 하여 국제 경쟁력을 키워야 할 것이다. 본 연구의 기대효과로는 현장기술자와 장비운용자의 질적 향상을 위한 교육용 자료로의 활용이 가능하다는 것이다. Presentation Tool을 이용한 시청각 교육효과와 시뮬레이션을 이용한 Process Flow Wide View 증진은 현재 국내 반도체 업체들의 신입사원 교육 시 상당한 효과를 거둘 것이라 예상된다. 이는 생산업체에 국한되어지는 것만은 아니며 반도체 공정에 관련된 대학 학과목에서도 활용되어지리라 생각된다. 또한 Modeling & Simulation Tool을 사용하여 공정을 모델링함으로써 표준화를 만든 후 각 제조 업체들은 이러한 모델들은 이용하여 회사의 실정에 맞추어 자사에 대한 시뮬레이션을 손쉽게 수행함으로써 공정 최적화에 따른 경비 절감의 효과를 거둘 수 있을 것이다. 제품별 혹은 같은 제품이라도 Version이 다를 경우 FAB 공정가운데 약 10% 내외만이 바뀌는 점을 감안하면 본 연구를 통해 얻어지는 결과물인 Computer Model과 Simulator는 쉽게 생산현장에 적용할 수 있으리라 여겨진다.
In the design stage of high precision manufacturing/inspection FAB facilities, it is necessary to investigate the allowable vibration limits of high precision equipments and to study structural dynamic characteristics of C/R and Sub-structure in order to provide structural vibration criteria to satisfy these allowable limits. The goal of this study is to investigate the dynamic characteristics of PC-Type mock-up structures designed for next generation TFT-LCD FAB through experiments and analysis procedures. Therefore, in order to provide a proper dynamic structural design for high precision manufacturing/inspection work process, these allowable limits must be satisfied.
본 논문은 반도체 FAB공정의 수율개선 및 예측을 위해 데이터마이닝 기법을 적용한 사례를 소개한다. FAB 공정의 복잡성과 생산현장에서 수집되는 방대한 기술데이터로 인해 기존의 통계적 방법이나 엔지니어의 경험적 분석 방법만으로는 미처 파악하지 못하는 수율 저하 요인이 상당 수 존재한다. 본 논문은 먼저, FAB공정을 마친 웨이퍼에 불량 칩(chip)이 지리적으로 특정 위치에 집중적으로 발생하는 현상을 육안검사 대신 군집분석을 이용하여 데이터로부터 자동 판별할 수 있는 방법을 제안한다. 다음으로 연속패턴분석, 분류분석, RBF(Radial Base Function) 기법을 적용하여 수율 저하의 원인이 되는 문제 장비나 문제 파라미터를 신속, 정확하게 파악할 수 있도록 해 줄 뿐만 아니라 공정 진행 중인 제품의 미래 수율을 예측할 수 있도록 지원하는 방법을 제안한다. 또한 위 기법들을 반도체 FAB공정을 대상으로 국내 모 반도체 회사에서 정보시스템으로 구현한 Y2R-PLUS (Yield Rapid Ramp-up, Prediction, analysis & Up Support) 시스템을 소개한다.
반도체 제조라인(FAB)은 복잡하고 불확실한 운영환경에서 작동하는 대규모의 제조시스템 중 하나로 반도체 설비 운영을 담당하는 엔지니어들은 직관적이고 신속한 공정 스케줄링을 위해 가중치 기반 스케줄링을 널리 사용하고 있다. 가중치 기반 스케줄링에서 가중치 결정은 FAB 성능에 큰 영향을 미치므로 엔지니어들은 가중치 최적화를 위하여 시뮬레이션 기반 의사결정을 활용할 수 있다. 그러나 대규모 시뮬레이션은 많은 실험 비용을 요구하기 때문에 효과적인 의사결정을 위해서 신중한 실험설계가 요구된다. 본 연구에서는 적은 시뮬레이션 실행 내에서 효율적인 스케줄링을 도출하기 위해 세 가지 샘플링 대안(i.e., Optimal latin hypercube sampling(OLHS), Genetic algorithm(GA), and Decision tree based sequential search (DSS))에 대한 비교연구를 수행하였다. 시뮬레이션 실험을 통해 세 가지 대안이 단일 규칙보다 우수한 성능을 보였고, 그중 GA와 DSS가 최적화를 위한 효과적인 대안이 될 수 있음을 확인하였다.
본 연구는 복잡하고 다양한 반도체 웨이퍼 가공 (FAB) 공정의 전체적인 흐름을 컴퓨터 모델로 구축하고 이를 Device 단면도를 나타내는 프리젠테이션 툴과 연동시키는 교육 모델의 개발을 목적으로 하였다. 급변하는 세계 반도체 시장에서 국내 반도체 업체는 지속적인 기술 개발과 더불어 효율적인 생산관리에 대응할 수 있도록 하여 국제 경쟁력을 키워야 할 것이다. 따라서 본 연구에서 다루어진 공정의 흐름과 각 단위공정의 특성을 바탕으로 설립된 모델은 서울대학교 반도체 공동 연구소를 대상으로 구현되었으나 앞으로 생산 관리를 담당할 국내 반도체 업체들의 신입사원과 현장기술자의 질적 향상을 위한 시청각 교육용 자료로의 활용 시 상당한 효과를 거둘 것이라 예상된다. 이는 생산업체에 국한되어지는 것만은 아니며 반도체 공정에 관련된 대학 학과목에서도 활용되어지리라 생각된다. 또한 확장성과 변화에 유연한 모델을 개발함으로써 반도체 생산 업체들은 구성된 표준 모델을 이용하여 각 회사의 실정에 맞추어 자사에 대한 시뮬레이션을 손쉽게 수행함으로써 많은 교육 효과와 이에 따른 원가 절감의 효과까지 거둘 수 있을 것이다.
In design stage of high precision manufacture/inspect ion FAB building, it is necessary to investigate the vibration allowable limits of high precision equipment and to study a structure dynamic characteristics of C/R and Sub-structure in order to provide a structure vibration environment to satisfy thess allowable limits. The aim of this study is to investigate the dynamic characteristics of PC-Type mock-up structures designed for next TFT LCD FAB through vibration measurement and analysis procedure, therefore, to provide a proper dynamic structure design for high precision manufacture/inspection work process, which satisfy thess allowable limits.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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