팹이 CT 개선에 집중해야 하는 이유와 방법

By 제니퍼 로빈슨

새해를 시작하면서 세부 사항에서 한 발짝 물러나 팹에 좋은 사이클 타임이 중요한 이유, 달성하기 어려운 이유, 개선을 위해 높은 수준에서 무엇을 해야 하는지에 대해 이야기하는 것이 좋겠다고 생각했습니다. 경영진이 사이클 시간 개선에 투자할 가치가 있다고 생각하지 않거나 어떻게 시작해야 할지 모르겠다면 이 주제를 전달해 주시기 바랍니다.

웨이퍼 팹 주기 시간을 개선하는 데에는 크게 세 가지 재정적 타당성이 있습니다:

1. 비용 절감.
2. 더 높은 가격.
3. 처리량 증가.

1. 비용 절감

사이클 시간 개선이 비용 절감에 도움이 되는 두 가지 주요 방법이 있습니다: 1) 팹의 WIP 양을 줄임으로써, 2) 스크랩 및 재작업을 줄임으로써.

WIP 감소: 리틀의 법칙에 따르면 팹에서 동일한 처리량을 유지하면서 사이클 시간을 줄이면 WIP도 감소합니다. (21.06호: 리틀의 법칙과 메트릭 선택은 구독자가 FabTime 뉴스레터 아카이브에서 다운로드할 수 있습니다. 자세한 내용은 아래 참조). WIP 감소는 비용 절감을 위한 세 가지 기회를 제공합니다:

• ECN 절감. 팹의 WIP가 줄어들고 엔지니어링 변경 공지가 발행되면 영향을 받는 웨이퍼 수가 줄어듭니다. 비용 절감은 WIP의 변화 * ECN % * ECN 해결을 위한 웨이퍼당 비용으로 추정할 수 있습니다.
• WIP 운반 비용 절감. 팹에서 WIP 수준을 낮추면 해당 WIP를 운반하는 비용이 일회성으로 감소합니다.
• 폐기 재고를 상각할 위험이 줄어듭니다 (안전 재고 필요 감소). 팹에서 제조 후 재고를 보유할 때마다 재고의 일부가 판매되기 전에 단종될 가능성이 있습니다. 사이클 시간이 짧아지면 안전 재고로 보유해야 하는 재고의 양이 줄어들어 재고가 상각될 확률이 줄어듭니다.

스크랩 및 재작업 감소: 대부분의 사람들은 사이클 시간이 짧을수록 폐기되는 웨이퍼가 줄어든다고 생각합니다. 웨이퍼가 팹에서 보내는 시간이 적을수록 문제가 발생할 가능성이 줄어든다는 직관적인 논리가 있습니다. 또한 팹에서 WIP가 줄어들면(사이클 시간이 줄어들면) 팹 팀이 장비 문제를 더 빨리 파악하여 영향을 받는 웨이퍼 수가 줄어든다는 생각도 있습니다.

수율 향상은 비용 절감으로 이어집니다:

• 베어 웨이퍼 (동일한 처리량을 달성하기 위해 더 많은 웨이퍼를 시작할 필요가 없습니다).
• 소모품 (결국 폐기되는 웨이퍼에 소모품을 낭비하지 않습니다).

마찬가지로 사이클 시간이 짧다는 것은 재작업이 적다는 것과도 관련이 있을 수 있습니다. 한 가지 예로, WIP가 높을수록 프로세스 단계 사이의 시간 제약이 위반되어 재작업을 유발할 가능성이 높아집니다. ( 24.02호 참조: 웨이퍼 팹의 공정 단계 간 시간 제약 관리 참조). 재작업을 줄이면 소모품 비용도 절감할 수 있습니다. 재작업이 팹 사이클 타임에 미치는 영향에 대한 자세한 내용은 뉴스레터 아카이브에서 22.03호를 참조하세요.

스크랩과 재작업이 줄어들면 장비에 낭비되는 용량(나중에 폐기된 웨이퍼를 처리하거나 재작업을 다시 처리하는 데 사용되는 용량)을 확보할 수 있습니다. 이는 사이클 시간을 더욱 단축하여 긍정적인 피드백 주기로 이어집니다.

2. 시장 출시 시간 단축으로 인한 높은 가격

사이클 타임 개선 노력의 비용을 정당화한다는 측면에서 판매 수익 증가가 가장 유망한 경로일 수 있습니다. 또한 고객이 미래에 지불할 금액에 대한 가정이 필요하기 때문에 정량화하기 가장 어려운 경로이기도 합니다. 하지만 아주 간단한 예로, 주기 시간을 20% 단축함으로써 주요 신제품을 더 빨리 시장에 출시할 수 있고, (제한된 기간 동안) 30%의 가격 프리미엄을 부과할 수 있다고 가정해 보겠습니다. 쉽게 계산을 통해 회사에 어떤 가치가 있는지 추정할 수 있습니다.

다음은 사이클 시간 단축을 통해 판매 수익을 높일 수 있는 세 가지 잠재적 경로입니다:

R1) 디자인 승리 - 학습 사이클 증가:

R&D 사이클 단축 -> 제품 개발 중 더 많은 학습 사이클 -> 실험 및 제품 개선에 더 많은 시간 확보 -> 더 경쟁력 있는 제품 -> 디자인 승률 증가 -> 수익 증가.

R2) 디자인 승리 - 시장 출시:

R&D 주기 단축-> 제품 개발 속도 향상-> 시장 출시-> 디자인 수상 증가-> 수익 증가.

R3) 가격 프리미엄 - 퍼스트 투 마켓:

R&D 사이클 시간 단축 -> 제품 개발 중 더 많은 학습 주기 -> 더 빠른 제품 개발 -> 시장 출시 -> 신제품 가격 프리미엄 -> 수익 증가.

물론 이는 시장 주기의 특정 부분과 특정 틈새 시장에서 더 중요합니다. 하지만 많은 경우 사이클 타임 단축이 더 높은 수익으로 이어질 수 있다는 것은 분명한 사실입니다. 파운드리에서 일한다면 사이클 타임 단축이 고객에게 어떤 가치를 제공하는지 정확히 알고 있을 것입니다. 자세한 내용은 FabTime 뉴스레터 아카이브에서 구독자가 다운로드할 수 있는 7권 7호: 주기 시간 개선 노력의 재정적 정당성 및 3권 5호: 주기 시간 관리의 실질적인 이점을 참조하세요.

3. 처리량 증가

산업 엔지니어가 웨이퍼 팹의 용량을 계획할 때 각 장비를 제조에 사용할 수 있는 시간의 일정 비율로 실행할 계획을 세웁니다. 이 뉴스레터에서 광범위하게 논의한 바와 같이, 장비를 100% 가동률로 실행할 계획보다는 각 장비에 일정량의 버퍼 용량을 포함하는 것이 일반적입니다. 이 버퍼 용량은 팹이 변동성에서 회복하는 데 도움이 되며, 지나치게 높은 사이클 시간을 피할 수 있습니다. 버퍼의 크기는 장비 그룹에 있는 유사한 장비의 수, 장비의 비용 및 기타 고려 사항에 따라 달라질 수 있습니다. 어느 정도 중복성이 있는 장비의 일반적인 버퍼는 사용 가능한 시간의 15%입니다.

팹에서 변동성을 줄여 사이클 시간을 크게 줄인다면 주요 장비그룹의 버퍼 용량을 줄일 수 있습니다. 이를 통해 팹은 작업 곡선을 평평하게 만들고 장비의 로딩을 약간 더 높인 상태에서 목표 사이클 시간을 달성할 수 있습니다. 즉, 동일한 장비 세트와 사이클 시간 목표에 대해 팹은 추가 웨이퍼를 시작할 수 있습니다. 시장 상황이 팹이 추가 웨이퍼를 판매할 수 있는 수준이라면 재정적 이익을 쉽게 정량화할 수 있습니다(웨이퍼당 순이익에 일정 기간 동안 생산된 추가 웨이퍼를 곱한 값).

예를 들면 다음과 같습니다. 이 팹의 목표 평균 사이클 시간이 3배이고 변동성이 가장 높은 조건(빨간색 곡선)에 있는 경우 병목 현상의 사용률을 80.1%로 제한해야 합니다. 더 낮은 변동성 조건(녹색 곡선)으로 이동하면 병목 현상 부하를 84%로 늘릴 수 있습니다. 파란색 곡선으로 이동하면 해당 부하가 87%로 증가합니다. 이 병목 현상 사용률 증가의 규모가 과장된 것일 수도 있지만, 병목 현상 부하(따라서 팹 처리량)가 1% 또는 2%만 증가해도 재정적으로 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

위 섹션에서는 사이클 시간 개선으로 인한 팹의 비용 절감 및/또는 수익 증대를 위한 몇 가지 경로를 살펴봤습니다. 다른 이점도 정량화하기는 어렵지만 가치를 더할 수 있습니다. 예를 들어

• 사이클 시간이 짧을수록 고객 만족도가 높아집니다. 일반적으로 사이클 시간이 짧을수록 예측 가능한 사이클 시간도 늘어나므로 정시 배송(OTD) 성과가 향상됩니다. 더 나은 OTD 성과는 고객을 만족시킵니다.
• 사이클 시간이 짧아지면 관리자의 만족도가 높아집니다. WIP가 적은 린 팹은 더 유연하고 시장 변화에 대비할 수 있습니다. WIP가 적은 팹은 일반적으로 관리가 더 쉽습니다.

더 행복한 고객과 더 행복한 직원. 이보다 더 좋을 수 있을까요?

팹의 사이클 타임이 개선되지 않는 이유에 대한 짧은 대답은 다음과 같습니다: 비용, 복잡성 및 변화입니다.

• 웨이퍼 팹 장비는 비싸다.
  • 새로운 최첨단 팹은 최대 200억 달러의 비용이 들 수 있다.
  • 가장 비싼 EUV 장비는 각각 2억 달러에 달한다. "덜 비싼" 레거시 장비도 5백만에서 1천만 달러가 들 수 있습니다.
  • 팹 관리자는 이러한 고가의 장비를 계속 사용해야 한다는 압박을 받고 있습니다! 그 결과 장비 사용률이 높아져 사이클 타임이 길어집니다.

• 웨이퍼 팹 공정 흐름은 길고 복잡합니다. 오늘날의 제품은 100개에 가까운 레이어와 1000개 이상의 공정 단계로 구성될 수 있습니다. 이로 인해 많은 가변성이 발생하고 당연히 사이클 시간이 늘어납니다.
• 제품 및 기술 조합이 빠르게 변화합니다 . 즉,
  • 프로세스 엔지니어가 충분한 장비로 새로운 레시피를 검증하지 못할 수 있습니다.
  • 최첨단 기술의 장비는 새롭기 때문에 신뢰할 수 없습니다.
  • 기존 장비는 낡아서 신뢰할 수 없고 교체하는 것이 기술적으로 불가능하거나 비용이 많이 들 수 있습니다.

저는 25년 동안 사람들에게 이 질문의 변형된 질문을 해왔습니다: "귀사의 팹에서 사이클 시간이 긴 이유는 무엇인가요?" 응답자들은 여러 가지 세부적인 이유를 언급했습니다. 1년여 동안 이 뉴스레터를 구독하는 사람들에게 팹 사이클 타임에 가장 큰 영향을 미친다고 생각되는 항목을 선택해 달라고 요청했습니다. 123명의 응답자 결과가 아래에 집계되어 있습니다. ( 24.04호 참조: 일반적으로 보고되는 웨이퍼 팹 사이클 시간 기여 요인 참조).

위 목록의 일부 요인(공정 단계 간 시간 제약, 재진입 흐름)은 팹에 따라 다르지만 다른 요인들은 일반적으로 팹에 적용된다는 점에 주목할 필요가 있습니다. 부인할 수 없는 사실은 웨이퍼 팹에서 우수한 사이클 시간을 달성하는 것이 어렵다는 것입니다(특히 높은 수요로 인해 높은 활용도가 요구되는 경우).

웨이퍼 팹 사이클 시간을 개선하면 재정적으로 이득이 되고 팹을 더 쉽게 운영할 수 있다는 것을 알고 있습니다. 다음 질문은 어떻게 해야 할까요?

저는 아래와 같이 3단계 프로세스를 제안합니다.

기초: 첫 번째 단계는 팀이 문제를 어디서 찾아야 하고 왜 찾아야 하는지 이해하도록 돕는 것입니다. 이것이 바로 이 뉴스레터와 사이클 타임 클래스의 초점입니다. 팹의 작동 방식을 이해하지 못하면 성능을 저하시키는 실수를 저지르기 쉽습니다. 여기에는 너무 많은 웨이퍼를 시작하거나, 너무 많은 변수를 도입하거나, 작업자 또는 기술자의 교차 교육이 부족하여 성능을 제한하는 등의 실수가 포함될 수 있습니다.

데이터: 팹 사이클 시간을 개선하기 위해 두 번째로 필요한 것은 데이터입니다. 현재 팹의 문제를 파악하고 우선순위를 정할 수 있어야 가장 활용도가 높은 문제에 집중할 수 있습니다. 이러한 데이터는 사전 예방적이어야 합니다. 어떤 문제가 발생했는지 아는 것만으로는 충분하지 않습니다(물론 거기에는 귀중한 학습이 있을 수 있지만). 앞으로의 사이클 시간을 개선하는 데 도움이 될 수 있도록 지금 당장 해결할 수 있는 문제가 무엇인지 알고 싶습니다.

실행: 팹 물리학에 대해 배우고 팹에서 일어나는 일에 대한 데이터를 수집하는 데 얼마든지 많은 시간을 할애할 수 있습니다. 아무런 조치를 취하지 않으면 개선 효과를 볼 수 없습니다. 취해야 할 조치에는 다음이 포함될 수 있습니다:

• 장비 구매 및 인력 채용.
• 변동성을 줄이거나 버퍼 용량을 확보하기 위해 운영 변경(배치 장비, PM 일정 등)을 수행합니다.
• 스케줄러 및 기타 스마트 제조 솔루션과 같은 제어 기술 구현.

중요한 것은 어떤 형태로든 조치를 취하는 것입니다. 이상적으로는 행동 전후의 성능을 측정하여 주어진 팹에서 무엇이 가장 효과적인지 확인할 수 있습니다.

기본 사항: 인피콘 웹사이트에서 fab cycle time 기본 사항을 이해하기 위한 여러 리소스를 제공합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

• FabTime 뉴스레터의 지난 호는 PDF 형식으로 제공됩니다. 구독자는 개별 호 또는 전체 아카이브를 다운로드할 수 있습니다. 또한 현재까지 발행된 모든 뉴스레터 호의 초록이 포함된 PDF 파일도 있습니다. 기존 구독자는 가장 최근 이메일 뉴스레터에서 아카이브 링크를 찾을 수 있습니다. 신규 구독자는 등록 시 링크가 표시됩니다.
• 가변성, 활용도 및 적격 장비의 수와 관련된 절충점을 탐색하는 데 유용한 Excel 기반 도구인 FabTime 운영 곡선 스프레드시트입니다.
• 팀이 웨이퍼 팹 사이클 시간의 근본적인 동인을 이해하는 데 도움이 되는 4시간짜리 Teams 기반 과정인 FabTime 사이클 시간 관리 과정에 대한 정보입니다.
• 웨이퍼 팹 사이클 시간에 대한 튜토리얼과 다양한 대기열 공식이 포함된 PDF 파일로, FabTime 초창기에 작성되었습니다.
• 팹 사이클 시간의 근본적인 동인에 대한 FOA 팹 스타 웨비나 동영상입니다. 이 링크를 따라 페이지 하단으로 스크롤하여 시청하세요.

데이터: 인피콘 FabTime 및 Factory Dashboard 소프트웨어 제품은 모두 웨이퍼 팹에서 일하는 사람들이 개선에 필요한 데이터에 액세스할 수 있도록 설계되었습니다. 예를 들면 다음과 같습니다:

• 장비 그룹별 작업 사이클 시간 데이터와 각 장비 그룹에 대한 WIP 대기 시간. 이 두 차트는 현재 사이클 시간에 가장 크게 기여하는 장비를 강조 표시합니다. 이러한 장비를 개선하면 향후 사이클 시간을 개선할 수 있습니다.
• 동적 사이클 시간 및 동적 X-팩터는 모두 사이클 시간을 미리 볼 수 있으므로 로트 배송이 늦어지기 전에 문제를 지금 바로 수정할 수 있습니다.
• 인력 제약의 지표가 될 수 있는 장비 그룹별 대기-WIP 대기 시간 및 사후 처리 시간.
• 엔지니어를 적절하게 배치할 수 있도록 현재 장비 상태와 예정된 유지보수 일정을 파악합니다.

조치: 사이클 시간 개선을 위해 조치를 취하는 한 가지 방법은 용량 및/또는 인력을 추가하는 것입니다. 물론 이 접근 방식이 항상 가능한 것은 아닙니다. 하지만 팹의 변동성을 줄이고 팹을 더 효과적으로 운영하기 위해 취할 수 있는 조치는 많습니다. 이러한 조치에는 운영 관행을 바꾸고 더 스마트한 소프트웨어 장비를 사용하는 것이 포함됩니다.

• 팹타임 뉴스레터의 여러 기사에는 다음과 같은 운영 관행의 변화를 위한 제안이 포함되어 있습니다: 팹
  • 사이클 시간 개선 프레임워크(23.06호)
  • 사이클 시간 개선을 위한 10가지 권장 사항(22.02호)
  • 사이클 시간 개선을 위한 10가지 추가 권장 사항(24.01호).
• 많은 팹이 표준 디스패칭에서 스마트 스케줄링으로 전환하고 있습니다. 인피콘 팩토리 스케줄러는 고급 휴리스틱, 선형 프로그래밍, 최적화 및 지능형 검색 알고리즘을 사용하여 팹에 최적화된 실시간 스케줄을 생성합니다. 통합된 NextMove 제품은 현장의 자재 취급자 및 작업자에게 방향을 제시합니다.

웨이퍼 팹 사이클 시간을 단축하면 재정적, 질적 이점이 분명하지만, 팹 환경의 구조적 현실은 이를 어렵게 만듭니다. 고가의 장비, 복잡한 공정 흐름, 높은 수준의 제품 혼합으로 인해 활용도와 가변성이 높고 장비 중복성이 충분하지 않습니다. 팹 사이클 타임을 개선하기 위해서는 세 가지 접근 방식이 필요하다고 생각합니다. 팹 팀은 문제를 어디서 찾아야 하고 왜 찾아야 하는지 이해할 수 있는 교육이 필요합니다. 또한 현재와 미래의 문제를 모두 강조하는 데이터에 유연하게 액세스할 수 있어야 합니다. 마지막으로 용량과 인력을 확충하거나 운영 관행을 변경하거나 소프트웨어 제어 기술을 추가하는 등 조치를 취해야 합니다. 이러한 영역에서 제공하는 리소스에 대한 링크를 포함했으며 도움이 될 수 있기를 기대합니다.

주기적 시간 관리 클래스 세션에 적극적으로 참여해 주신 많은 분들께 감사드립니다. 저희는 모든 그룹에서 새로운 것을 배웠고, 이러한 지식 기반이 이 글에 반영되었습니다.