Maestría en Manufactura Integrada por Computadora

“Sistemas de Manufactura Flexibles”

Modeling and Simulation of Material Handling

for Semiconductor Wafer Fabrication

Presentan:

Eri Samuel Murcia Peraza

Sergio Miguel García Pérez

Andreas Obed Llanes Cornejo

Recorrido de la Presentación

1. Video

2. Manejo de Materiales (1994):

Experimentos y análisis

Manejo manual y automático de materiales

Disposición de la Pista en AMHS

3. Análisis de Capacidad (2004):

Objetivos y Supuestos

Experimento, Resultados y Conclusiones

“Modelo y Simulación del Manejo de Materiales

Automatizado en Fabricación de

Semiconductores”

Actas de la Conferencia Simulación Invierno 1994

Neal G. Pierce y Richard Stafford

Compañía SEMATECH

R A Z Ó N D E L E S T U D I O

Se realizó en sociedad del consorcio SEmiconductor MAnufacturing

TECHnology y los proveedores de equipo de manejo de materiales.

Los miembros del consorcio incluyen compañías como: Motorola,

Advanced Micro Devices (AMD), AT&T, Digital Equipment, Hewlett

Packard, IBM, Intel, National Semiconductor, NCR, Rockwell, Texas

Instruments y el Departamento de Defensa de los Estados Unidos.

Estas compañías representan el 75% de la producción de

semiconductores en los Estados Unidos.

Introducción

El estudio generó modelos de desempeño y desarrolló

experimentos para modelar y simular el proceso de Manejo de

materiales convencional para la fabricación de Obleas de

Silicio

Aplicaciones para la Oblea de Silicio

Ésta puede contener millones de transistores en circuitos

integrados que pueden realizar funciones de: Panel Solar,

Procesadores de señales, Circuitos para comunicaciones,

Televisión de alta definición, etc.

AMHS

Automated Material Handling System: Sistema de Manejo de Material

Automatizado, es a lo que se le quería evaluar su rendimiento.

Se generó un modelo de Flujo Completo en el software

Automod/Autosched.

Automod y Autosched es un programa que permite al usuario simular el

diseño, la optimización de la manufactura, manejo de materiales y sistemas

de distribución. Automod tiene herramientas tipo CAD simples, plantillas de

sistemas en movimiento y un lenguaje de simulación flexible para que el

usuario replique el movimiento de material en ambientes 3D de escala

verdadera.

Automod

Modelo

La fábrica de obleas de 8 pulgadas tiene 33,000 pies cuadrados de

espacio de sala limpia

Medidas y supuestos:

• El modelo alcanzó estado estable después de 180 días de

calentamiento.

• Los resultados medios fueron calculados de 4 replicaciones de 60 días

desde el estado estable como condición inicial.

• Tiempos de ciclo de lote son presentados como valores diferenciales

de la instalación de caso base.

• El caso base se determinó que requería seis AGV para el manejo de

material automatizado recorriendo 100 pies por minuto en una pista

personalizada, sirviendo una fab con 240 lotes iniciales por mes.

Resultados del Experimento 1

Consistió en una comparación entre el manejo de

material manual y automático

Resultados de experimento 1

Estadísticas de desempeño de transportadores

manuales y automáticos

Resultados de Experimento 2:

Layout de pista del AMHS

Resultados de Experimento 3:

Vehículos de transporte, cantidad y velocidad

“Análisis de Capacidad de Sistemas de Manejo de

Materiales Automatizado en Fabricación de

Semiconductores”

Actas de la Conferencia Simulación Invierno 2004

R .G. Ingalls, MD Rossetti, JS Smith, y BA Peters, eds.

O B J E T I V O

El objetivo principal de la investigación fue desarrollar una metodología

para la evaluación de la capacidad de rendimiento de AMHS en fábricas

de semiconductores.

Además, la investigación, pretende evaluar el efecto del AMHS en

medidas de funcionamiento de la fábrica, incluyendo el rendimiento y

tiempo de ciclo. Sobre la base de la investigación, se planifica el diseño

de un experimento para evaluar los factores del AMHS que afectan

significativamente la productividad y el rendimiento de la fábrica.

S U P U E S T O S

Los siguientes supuestos fueron hechos en la construcción de este

modelo:

Retrabajo y probabilidad de suministro se enumeran en el conjunto

de datos tanto por lote y por oblea. El AutoSched sólo permitirá

pruebas para uno de ellos, sólo reelaborar y la probabilidad de

chatarra por oblea fue modelado.

Un tiempo de viaje oblea dentro de la herramienta fue incluido en el

conjunto de datos. En el modelo, se añadió esta vez en el tiempo de

procesamiento.

Si bien los tiempos de carga y descarga se especificaron en la ruta

para cada producto en el conjunto de datos, AutoSched requiere la

carga y los tiempos de descarga a especificar por herramienta. Se

utilizó el promedio de dichos tiempos por la herramienta a través de

todas las rutas de proceso.

Un diseño de la fábrica y la información del sistema de manejo de

materiales no se incluyeron en el conjunto de datos. La disposición y

AMHS que se modeló no se basaron en los datos reales de fábrica,

pero siguen los diseños de uso común.

F Á B R I C A D E D I S E Ñ O Y A M H S

La distribución de la fábrica y el diagrama del sistema de manipulación

se muestran en la figura. Los rectángulos con bordes curvos muestran

una pista de carga para el sistema de manejo de material. Los

rectángulos con bordes afilados muestran una ubicación donde se

pueden almacenar o transferir los lotes entre los sistemas de manejo de

materiales y las intrabay-Interbay. Los pequeños puntos representan

ubicación de herramientas y los pequeños triángulos representan las

mesas giratorias y lugares donde los stockers pueden entrar y salir.

La fábrica está compuesta por una isla principal, con 10 bahías en cada

lado. Cada bahía es de 75 pies de largo y contiene entre 8 y 18

herramientas.

Diez stockers están presentes en la fábrica. Cada stocker sirve a dos

bahías adyacentes.

La isla principal consta de 5 bucles de pistas de arriba con 4 placas

giratorias para transferir lotes entre ellos. Cada bucle, ya sea en una

bahía o la isla principal, es bidireccional y contiene un vehículo que se

limita sólo a ese bucle. Los vehículos son capaces de llevar un lote a la

vez.

E X P E R I M E N T A C I Ó N

Como el propósito del experimento fue determinar el punto en el que la capacidad

del sistema de manipulación de materiales afecta el rendimiento de la fábrica, era

importante asegurar que el sistema de manipulación de material era el cuello de

botella de la fábrica. De lo contrario, el deterioro de rendimiento y tiempo de ciclo

con el aumento de la velocidad de liberación podría haber sido el resultado de los

cuellos de botella de la herramienta y habría tenido poco que ver con el sistema de

manejo de materiales.

Para lograr esto, se añade capacidad adicional al cuello de botella de las

herramientas hasta que la adición de más herramientas no tienen un efecto en el

rendimiento.

R E S U L T A D O S

El tiempo de ciclo promedio de los lotes de todos los tipos de piezas en

la fábrica sobre las diversas velocidades de liberación se muestra en la

Figura 2. El tiempo de ciclo promedio comienza en 7.9 días por la

porción a una velocidad de liberación de 5,000 obleas por mes. A

continuación, se eleva lentamente hasta que se alcanza una velocidad

de liberación entre 13,000 y 14,000 obleas por mes, donde la

pendiente se vuelve mucho más grande. Este aumento se debe a la

capacidad del vehículo, ya que cada almacenador mecánico no estaba

completo en ningún momento en la simulación.

La utilización para el vehículo principal para la estación 3 fue el vehículo

AMHS con la mayor utilización y era el factor limitante en el sistema. La

utilización de este vehículo frente a las velocidades de liberación se

muestra en la Figura 3.

La comparación de la Figura 2 y la Figura 3, se puede observar que el

aumento en la pendiente del tiempo de ciclo promedio de la Figura 2

corresponde a una utilización de los vehículos de alrededor de 70%

para el vehículo más utilizado.

C O N C L U S I O N E S

El uso de tiempo de ciclo promedio como el indicador de rendimiento, en

el experimento mostró que el rendimiento de una fábrica puede ser

disminuida por el sistema de manejo de materiales antes del punto en el

que cualquiera de los vehículos son 100% utilizado. Al diseñar un sistema

de manipulación de material para una fábrica o teniendo en cuenta el

aumento de las tasas de liberación de la oblea, la capacidad del sistema

de manejo de materiales debe ser considerada en conjunción con los

factores de rendimiento de la producción y no sólo por sí mismo. Si bien

este sistema de manejo de materiales habría sido capaz de ejecutarse

con vehículos utilizándose el 80% o 90%, los efectos negativos a la

producción pueden no haber sido aceptable.

R E F E R E N C I A S

[1] Jaramillo Hernández, C. A. (2012). Modelación de Células de

Manufactura Flexible mediante Redes de Petri y Autómatas Celulares.

(Tesis de postgrado). Universidad Autónoma del Esto de Hidalgo, México,

Colombia.

[2] Pierce, N. y Stafford, R. (1994). Modeling and Simulation of Material

Handling for Semiconductor Wafer Fabrication. Estados Unidos: Winter

Simulation Conference, Lake Buena Vista, Florida.

[3] Kuhl, M. y Christhpher, J. (2004). Capacity analysis of automated

material handling systems in semiconductor fabs. Estados Unidos: Winter

Simulation Conference, Washington.