半导体晶圆制造中的设备效率和设备能力.doc

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1、半导体晶圆制造中的设备效率和设备能力摘要：在半导体制造车间中，设备是非常昂贵的，设备折旧与维修占生产成本组成的最大比重，设备利用率的提高显得尤为重要，因此设备效率和设备能力已成为半导体制造者最关心的问题之一。本文针对该问题，系统地介绍了半导体晶圆制造中设备效率和设备能力的衡量标准及其数据收集，以期达到提高设备利用率的目的。关键词：设备效率；设备能力；半导体制造中图分类号：TN305文献标识码：A文章编号：1003-353X(2004)09-0035-041设备效率半导体工业极大依赖于半导体制造设备的投资，而且是同步增长的。随着设备的硅片尺寸大直径化、设备的高精度化、自动化，设备

2、价格日益昂贵化，工艺线的设备总投资更是成倍地增长。对工艺线来说，在设备投资加大的同时，设备折旧的负担也加大，设备折旧与维修占硅片加工总成本的最大比重[1]，设备效率和设备能力能否达到其最大利用率是决定硅片成本的重要因素之一，因此设备效率和设备能力已成为半导体制造者非常关心的问题。国际半导体设备与材料组织（SEMI）于1999年提出了一种能准确计算设备效率的方法——全面设备效率（OEE）。1.1OEE简介OEE考虑了设备所有的运行情况，完全依据设备的状态时间计算[2]（见图1），计算方便准确，并且更加适合柔性生产设备，弥补了SEMI以往计算效率方法的不足。SEMI将全面设备效率定

3、义为可用效率（AE或称UpEfficiency）、生产效率(OE)、速率效率(RE)和质量效率(QE)之积，具体OEE模型如下所示[3]OEE=AE×OE×RE×QE其中，AE：％设备完好且能进行工艺的时间占总时间的比例；OE：％设备进行工艺的时间占可用时间的比例；RE：％设备加工的理论生产时间占生产时间的比例；QE：％有效加工的理论生产时间(无废片、无回流)占总理论生产时间的比例或％工艺完成后的硅片数占总硅片数的比例。1.2OEE的计算虽然SEMI组织已经给了OEE的计算方法，但是半导体公司根据其自身的特点给出了简单的OEE1.3OEE的提高OEE是设备管理中一种非常好的衡量

4、方法，通过OEE模型的各子项分析，可以很容易地找出影响设备效率的原因（表2），然后有针对性地解决问题，达到提高设备效率的目的。2设备能力设备能力对于企业生产计划是非常重要的。面对市场需求的不断变化，为了生产计划能快速响应新的产品组合，最好的方法就是要充分了解设备能力，避免过载而造成的损失。设备能力可用生产时间、或是生产产品数量来衡量，本文介绍用时间作单位的设备能力，即是指计划期内机器能够运转的时间，包括有效的加工时间和设备能力效率两个参数。2.1有效加工时间硅片生产分为单片、单批、多批等不同工艺，因此不同工艺的有效加工时间都归一化为单片的有效加工时间。某机台某个工艺步骤的有效加

5、工时间除了包括理论加工时间外，还应考虑机器理论装卸时间、启动和转换时间、以及回流率等，即EPT=(TPU+TAL+TSP)×(1＋AR)2.2设备能力效率设备能力效率计算中值得注意的是空闲时间的选取。由于产品组合的原因，车间会出现瓶颈设备，会限制其它设备的生产能力。因此，要区分设备空闲时间是自身原因还是瓶颈设备造成的。因为由于瓶颈造成的空闲时间仍可被当作可以获得的产能，而瓶颈设备的最小空闲时间才是不可获得的产能。最小空闲时间还取决于工厂追求的生产周期，如果工厂追求100％的设备利用率，则空闲时间较短，若是90％则相对较长。除此之外，最小空闲时间还取决于调度策略、操作者的班次及加

6、工可靠性等。假设最小空闲时间已确定，则单台设备的设备能力效率（CEE）计算公式如下[4]：其中，DT为宕机的时间比例；MIT为最小空闲时间比例；CRE为设备比率效率；WS为该工艺加工的硅片数；EPT为该工艺每片有效加工时间；TP为总时间；n为该台设备的工艺总数。2.3设备能力计算通过上述能力分析，可以很容易地计算出具有相同功能设备的设备组的生产能力。令Q为可服务的有相同功能设备的数量，W为计划期内该设备组能够工作的时间。生产计划是对未来的预测，因此在计算时，应对实际值进行标准化。假设每台设备CEE的组成部分都已计算出来，并已获得其标准值；通过这些标准值，可以得出该设备类型标准的

7、CEE（std_CEE），即：std_CEE＝(1－std_DT－std_MIT)×std_CRE由于设备组里空闲时间的分配是任意的，因此用标准效率比用单台设备的效率更加合理。所以该设备组在计划期内的设备能力（CAPY）为CAPY=std_CEE×Q×W3OEE与能力分析除了可调度空闲时间带来的损失和包含在EPT中的损失外，CEE与OEE是类似的。对于非瓶颈设备的空闲时间损失，CEE小于OEE，但对于瓶颈设备，CEE大致与OEE相同。由于CEE与OEE存在相似性，使得有许多半导体企业在做设备