የሴሚኮንዳክተር ፋብሪካ ቀጥታ ሞዴል

የ300 mm ዋፈር ፋብሪካ የሊቶግራፊ ባይ ትመራለህ — ስምንት ስካነሮች፣ ንጹህ ክፍልና በመስፈርት ውስጥ መቆየት ያለበት ሬሲፒ። ዋፈሮች ይሰለፋሉ፣ መሣሪያዎች ይበላሻሉ፣ ቅንጣቶች ይገባሉ፤ ምርታማነትም በእያንዳንዱ ውሳኔ ይንቀሳቀሳል።

ምን ትማራለህ

ሲሙሌተር

ጊዜ 0 h
የመሣሪያ ተገኝነት 100% · በሂደት ላይ ያለ ሥራ 20 · የንጹህ ክፍል ISO ክፍል 3.4S1⚙S2▶S3▶S4▶S5▶S6▶S7‖S8‖WIP 20▶ 34 wph
  • ምርታማ
  • ተጠባባቂ
  • ምህንድስና
  • ቆሟል (ጥገና)
  • በአየር ላይ ያሉ ቅንጣቶች

መቆጣጠሪያዎች

በሰዓት ወደ ባዩ የሚለቀቁ ዋፈሮች።

ሂደቱን ለሚያስተምሩ የሙከራ የዌፈር ስብስቦች የሚሰጠው የስካነር ጊዜ ድርሻ፦ አሁን አነስተኛ ምርት፣ ወደ ፊት አነስተኛ ጉድለት።

እያንዳንዱ ቴክኒሻን አንድ መሣሪያ በአንድ ጊዜ ይጠግናል።

ተጨማሪ የአየር ለውጦች ቅንጣቶችን ያሟሟሉ፤ የማራገቢያ ኃይል በፍጥነት ኩብ ያድጋል።

ልብስ የለበሰ እያንዳንዱ ሰው አሁንም ቅንጣቶችን ያሰራጫል።

በሰዓት የሚለኩ ዋፈሮች፦ የተሻለ የ SPC ገበታ፣ ትንሽ ያነሰ አቅም።

3 ሰዓት ይወስዳል፤ ሲሠሩ በክፍሉ ውስጥ 2 ሰዎችን ይጨምራል።

በግማሽ አቅም 2 ሰዓት፤ ከዚያ ሂደቱ ወደ ዒላማው ይመለሳል።

አመልካቾች

የወጡ ጥሩ ዳዮች
19547/h
ምርታማነት
89.8%
መደበኛ
የንጹህ ክፍል ISO ክፍል
3.4
መደበኛ
የባይ ዑደት ጊዜ
1.6h
መደበኛ
የመሣሪያ ተገኝነት100 %
የመሣሪያ አጠቃቀም71 %
የምህንድስና ጊዜ10 %
የተለቀቁ የዋፈር ማስጀመሪያዎች34 wph
በሂደት ላይ ያለ ሥራ20 wafers
የጉድለት መጠን0.110 /cm²
የሂደት ብቃት Cpk1.25 · ማስጠንቀቂያ
ከመስፈርት ውጭ (የዋፈር አቻዎች)0.0 wph
የባይ ኃይል1339 kW

አዝማሚያ

የወጡ ጥሩ ዳዮች: — /h250000

የ SPC ናሙና (የ CD መንሸራተት)

የ SPC ናሙና (የ CD መንሸራተት): 0 ⚑+3σ−3σ

የቀውስ ሁኔታዎች

ደረጃ 1 · የቅንጣት መውጣት

በሞባይል ቺፕ መስመር ላይ መደበኛ ፈረቃ። ከባዩ በላይ ከሆነ ቦታ የጣሪያ ማጣሪያ ሊወድቅ ነው። ንጹህ ክፍሉን በክፍሉ ውስጥ አቆይ፣ ምርታማነቱን ጠብቅ — ማራገቢያዎቹንም ከሚያስፈልገው በላይ በሙሉ ፍጥነት አትተው።

  • በመጨረሻ የ ISO ክፍል ወደ ≤ 3.6 ተመለሰ
  • ከመጀመሪያው ሰዓት በኋላ ከክፍል 4.55 በላይ በፍጹም አይሆንም
  • በመውጣቱ የመጀመሪያ ሰዓቶች አማካይ ምርታማነት ≥ 87 %
  • በሁለተኛው አጋማሽ አማካይ የባይ ኃይል ≤ 1,380 kW

ደረጃ 2 · የስካነር ውድቀት

ባዩ በሰዓት 38 የዋፈር ማስጀመሪያ በሞቅታ ይሠራል። ሦስት ስካነሮች በአንድ ጊዜ ሊቆሙ ነው። እነሱን ስትመልስ ወረፋው እንዳይፈነዳ አድርግ፤ ጥሩ ዳዮችንም አቅርብ።

  • በመጨረሻ WIP ≤ 60 ዋፈሮች
  • ከውድቀቱ በኋላ የዑደት ጊዜ በፍጹም ከ3.5 h አያልፍም (የወረፋ-ጊዜ መስኮት)
  • በ48 h ቢያንስ 900,000 ጥሩ ዳዮች
  • በ48 h ቢያንስ 1,600 የዋፈር ማስጀመሪያዎችን ልቀቅ (የማስጀመሪያ ዕቅድ፦ በሰዓት 34)

ደረጃ 3 · የሬሲፒ መንሸራተት

አዲስ የሬሲፒ ክለሳ ትናንት ማታ ሥራ ጀመረ። ወሳኙን ልኬት ቀስ በቀስ እንደሚያንሸራትት ገና ማንም አያውቅም። የ SPC ገበታውን ተመልከት፦ ዋፈሮች ከመስፈርት ከመውጣታቸው በፊት መንሸራተቱን ያዝና መልስ።

  • በጠቅላላው ቢበዛ 12 ከመስፈርት ውጭ የዋፈር አቻዎች
  • በመጨረሻ Cpk ≥ 1.2
  • ቢያንስ 620,000 ጥሩ ዳዮች

ደረጃ 2 · የአዲስ ምርት ዕድገት

ትልቅ አፋጣኝ ቺፕ ያልበሰለ ሂደት ይዞ ወደ ምርት ይገባል፦ የጉድለት መጠን ከፍተኛ ነው፤ 600 mm² ዳይም አይራራም። መስመሩ በሰዓት 42 የዋፈር ማስጀመሪያ ይጫናል። 14 ቀናት አሉህ። የዛሬን ምርት ከነገ ትምህርት ጋር አመጣጥን።

  • በቀን 14 የጉድለት መጠን ≤ 0.08 /cm²
  • በ14 ቀናት ቢያንስ 660,000 ጥሩ ዳዮች

መሠረት — ከቁጥሮቹ በስተጀርባ ያለው ሞዴል

ሲሙሌተሩ የሚጠቀምበት እያንዳንዱ ግንኙነት ከምንጩ ጋር። በግምት የተመለከቱ ቋሚዎች ማሳያ ማስተካከያዎች ናቸው።

የመሣሪያ ሁኔታዎች SEMI E10ን ይከተላሉ፦ ምርታማ፣ ተጠባባቂ፣ ምህንድስና፣ የታቀደና ያልታቀደ ማቆም።
Availability = up tools / 8 · Utilization = productive tool-hours / total[1]
መሣሪያዎች በአጋጣሚ በገላጭ የውድቀት ጊዜ ይወድቃሉ፤ ጥገናዎች ነፃ ቴክኒሻን ይጠብቃሉ።
P(fail in Δt) = 1 − e^(−Δt/MTBF), MTBF = 250 h; repair ~ Exp(mean 6 h) once a technician is free[17][1]ግምት፦ መጠኖች (MTBF፣ የማመንጨት መጠኖች፣ k፣ τ) ከእውነተኛ ፋብሪካ የተገኘ መረጃ ሳይሆኑ ማሳያ ማስተካከያዎች ናቸው።
የሊትል ሕግ በሂደት ላይ ያለ ሥራን፣ ውጤትንና የዑደት ጊዜን ያያይዛል።
CT = WIP / TH = T0 + queue / TH, T0 = 1 h[6][5]
በተረጋጋ መስመር ውስጥ የውጤት መጠን ከመልቀቂያ መጠኑ ጋር እኩል ነው፤ ስለዚህ ያልተለቀቀ የዋፈር ማስጀመሪያ በፍጹም የማይወጣ ዋፈር ነው። በደረጃዎች መካከል በጣም ረጅም ጊዜ የሚጠብቁ ዋፈሮች የወረፋ-ጊዜ መስኮቱን ይጥሳሉ።
TH = release rate while u < 1 ⇒ wafers out ≈ Σ starts; queue wait = CT − T0 = queue / TH ≤ queue-time window (3.5 h CT in semi-tool-crash)[5][16]ግምት፦ የ3.5 h የዑደት ጊዜ ገደብ የወረፋ-ጊዜ መስኮትን ይወክላል፤ ትክክለኛ መስኮቶች በሂደት ምህንድስና ደረጃ በደረጃ ይወሰናሉ፤ የሚጥሷቸው ዋፈሮችም አብዛኛውን ጊዜ ይጣላሉ።
የኪንግማን ግምት፦ የወረፋ ጊዜ እንደ u/(1−u) ያድጋል — አጠቃቀም ወደ 100 % ሲቃረብ ይፈነዳል።
CTq ≈ ((ca² + ce²)/2) · (u/(1−u)) · te[5]ለአመክንዮ ተሰጥቷል፦ የሲሙሌተሩ ወረፋ ከዚህ ቀመር ሳይሆን ከአጋጣሚ መድረሻዎችና ከአጋጣሚ አቅም ይወጣል።
ለ D መጠን ቅንጣቶች የ ISO 14644-1 ክፍል ገደብ፤ በ0.1 µm ክፍሉ የክምችቱ ሎጋሪዝም ነው።
Cn = 10^N · (0.1/D)^2.08 ⇒ N = log10(C≥0.1µm)[2]
በደንብ የተደባለቀ ክፍል፦ ክምችት = ማመንጨት ÷ (የአየር ለውጦች × መጠን × የማጣሪያ ቅልጥፍና)።
C = G / (ACH · V · η)[13][11]ግምት፦ መጠኖች (MTBF፣ የማመንጨት መጠኖች፣ k፣ τ) ከእውነተኛ ፋብሪካ የተገኘ መረጃ ሳይሆኑ ማሳያ ማስተካከያዎች ናቸው።
የማራገቢያ ተዛማጅነት ሕግ፦ ኃይል በማራገቢያ ፍጥነት ኩብ ይጨምራል።
P_fan = P_max · (speed)³[10]
አሉታዊ ሁለትዮሽ ምርታማነት፦ ጉድለቶች ይሰበሰባሉ፤ ስለዚህ ምርታማነት ከፖይሰን ሞዴል ከሚተነብየው ይልቅ በዝግታ ይወድቃል።
Y = (1 + A·D/α)^(−α), α = 2 (α→∞: Y = e^(−A·D))[3][4][15][14]
የምርት ምርታማነት ትምህርት፦ የምህንድስና ጊዜ ሲውል የጉድለት መጠን ወደ የበሰለ ደረጃ ይቀንሳል።
D(t+Δt) = D∞ + (D − D∞)·e^(−Δt/τ), τ = 120 h · (0.10 / engineering share)[15][18]ግምት፦ τ ከተዘገቡ የኢንዱስትሪ የትምህርት መጠኖች (በወር 4–6.5 %፣ ሌችማን) ጋር ሲነጻጸር ወደ 100× በጊዜ ተጨምቋል፤ ይህም የ14 ቀን ሁኔታ ውጤቱን እንዲያሳይ ነው።
በዋፈሮች ላይ የሚያርፉ ቅንጣቶች ከአየር ክምችት ጋር በተመጣጣኝ ገዳይ ጉድለቶችን ይጨምራሉ።
D_total = D_learn + k · C, k = 4·10⁻⁶ cm⁻² per particle/m³ግምት፦ ማሳያ ቋሚ — እውነተኛ ፋብሪካዎች ገዳይ የጉድለት መጠኖችን ከራሳቸው የፍተሻ መረጃ ያስተካክላሉ።
የመለኪያ ምርታማነት፦ በመስፈርት ገደቦች ውስጥ የሚወድቅ የመደበኛ ሂደት ድርሻ፤ Cpk ህዳጉን ይለካል።
Y_param = Φ((USL−μ)/σ) − Φ((LSL−μ)/σ), Cpk = min(USL−μ, μ−LSL)/(3σ)[7][8][19]
SPC፦ የ n ናሙናዎች አማካዮች፣ ከ±3σ/√n የቁጥጥር ገደቦችና የዞን ደንቦች ጋር።
x̄ ~ N(μ, σ/√n), control limits ±3σ/√n; zone rules (2 of 3 beyond 2σ, 4 of 5 beyond 1σ, 8 on one side)[8][7][12]
ሞዴሉ የሚጠቀምባቸው ሌሎች የአሠራር ቋሚዎች።
8 scanners × 6 wafer-starts/h · metrology −0.5 % capacity per sampled wafer/h · rollback: 2 h at half capacity + 4 wafer-equivalents reworked · drift 0.25 nm/h · crash repair 18 technician-hours · leak crew +2 people for 3 h · tools 150 kW busy / 60 kW idle, fans 150 kW at 100 %ግምት፦ መጠኖች (MTBF፣ የማመንጨት መጠኖች፣ k፣ τ) ከእውነተኛ ፋብሪካ የተገኘ መረጃ ሳይሆኑ ማሳያ ማስተካከያዎች ናቸው።
ለ A ስፋት ዳይ በ300 mm ዋፈር ጠቅላላ ዳዮች።
DPW = π·d²/(4A) − π·d/√(2A), d = 300 mm[9]

አጋጣሚነት፦ ዘር ያለው የ mulberry32 አመንጪ፤ ጥቅም ላይ የዋሉ ስርጭቶች — ወጥ፣ ገላጭ (የተገላቢጦሽ CDF)፣ መደበኛ (ቦክስ–ሙለር)፣ ፖይሰን (ክኑት)። ዘሩ ይታያል፤ ሊጋራም ይችላል።

ምንጮች

  1. SEMI E10 — Specification for Definition and Measurement of Equipment Reliability, Availability, and Maintainability (RAM) and Utilization — SEMI
  2. ISO 14644-1:2015 Cleanrooms and associated controlled environments — Part 1: Classification of air cleanliness by particle concentration — ISO, 2015
  3. C. H. Stapper, F. M. Armstrong, K. Saji — Integrated circuit yield statistics — Proceedings of the IEEE 71(4), 1983
  4. J. A. Cunningham — The use and evaluation of yield models in integrated circuit manufacturing — IEEE Trans. Semiconductor Manufacturing 3(2), 1990
  5. W. J. Hopp, M. L. Spearman — Factory Physics (3rd ed.), ch. 7–8: Little’s law, Kingman (VUT) equation — Waveland Press, 2008
  6. J. D. C. Little — A Proof for the Queuing Formula L = λW — Operations Research 9(3), 1961
  7. D. C. Montgomery — Introduction to Statistical Quality Control (x̄ charts, process capability Cpk) — Wiley, 2019
  8. NIST/SEMATECH e-Handbook of Statistical Methods — 6.3 Univariate and Multivariate Control Charts; 6.1.6 Process capability — NIST
  9. Dies-per-wafer estimate DPW = πd²/(4S) − πd/√(2S) (de Vries, “Investigation of gross die per wafer formulas”, IEEE TSM 18(1)) — IEEE, 2005
  10. Fan affinity laws: flow ∝ speed, pressure ∝ speed², power ∝ speed³ — U.S. DOE — Improving Fan System Performance: A Sourcebook for Industry
  11. EN 1822-1:2019 High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA) — classification (U15 ≥ 99.9995 % at MPPS) — CEN, 2019
  12. Western Electric Statistical Quality Control Handbook (1956) — zone rules for control charts — Western Electric / NIST e-Handbook 6.3.2
  13. W. Whyte — Cleanroom Technology: Fundamentals of Design, Testing and Operation (2nd ed.), ch. on dispersion of particles from people; well-mixed room dilution equation — Wiley, 2010
  14. Yu. I. Bogdanov, N. A. Bogdanova, V. L. Dshkhunyan — Statistical Yield Modeling for IC Manufacture: Hierarchical Fault Distributions (§2 Compound Poisson distribution, after Eq. (17), p. 4 of the arXiv PDF — large-area clustering negative binomial model: the cluster parameter’s “typical values approximately range from 0.3 to 7”) — arXiv physics/0303039, 2003
  15. R. C. Leachman — Yield Modeling and Analysis (Poisson, Murphy, Seeds, negative-binomial models; §8: SMLY survey with C. N. Berglund for International SEMATECH, 2002–03 — yield loss fitted as YL(t) = YL(0)·e^(−λt), Table 2 averages 4.4 / 4.0 / 6.5 %/month at 350 / 250 / 180 nm) — UC Berkeley, IEOR 130 course notes (unpublished), 2014
  16. A. Klemmt, L. Mönch — Scheduling jobs with time constraints between consecutive process steps in semiconductor manufacturing (time windows set by process engineering against native oxidation and contamination; jobs that violate them are scrapped) — Proceedings of the 2012 Winter Simulation Conference, 2012
  17. NIST/SEMATECH e-Handbook of Statistical Methods — 8.1.6.1 Exponential distribution (constant failure rate) — NIST
  18. C. Weber — Yield learning and the sources of profitability in semiconductor manufacturing and process development — IEEE Trans. Semiconductor Manufacturing 17(4), 2004
  19. M. Abramowitz, I. Stegun — Handbook of Mathematical Functions, 26.2.17 — NBS, 1964

ይህን ሥራ የሚሠሩ ሰዎች

ትምህርታዊ ሞዴል — ለአሠራር ውሳኔዎች አይደለም። እውነተኛ ጣቢያዎች እያንዳንዱን ቋሚ በራሳቸው መሣሪያና መረጃ ያስተካክላሉ።