創(chuàng)新型消費和工業(yè)電子產(chǎn)品需要先進的微芯片
ASML是為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供光刻機的世界領(lǐng)先供應(yīng)商之一,專業(yè)制造集成電路和微芯片生產(chǎn)所必需的復(fù)雜機器。ASML提供的先進光刻機幫助客戶及芯片制造商縮小消費電子設(shè)備中的芯片尺寸并增加其功能,從而幫助消費者和從業(yè)者創(chuàng)造更強大的電子系統(tǒng)。
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已完成了“數(shù)字化革命”,光刻技術(shù)間接在其中發(fā)揮了作用:該過程完成了硅片小型特征的成像并持續(xù)“摩爾定律”——摩爾定律預(yù)測,光刻技術(shù)將使得微芯片上的晶體管數(shù)量定期翻倍。有了光刻機,不斷小型化的微芯片為人類創(chuàng)造了質(zhì)量更優(yōu)、價格更低且能源效率更高的電子產(chǎn)品和服務(wù),推動了移動性、連通性、安全性及數(shù)字娛樂的進一步提升。
受2009年全球金融危機的影響,芯片制造商大幅削減資本支出。但僅過半年,半導(dǎo)體行業(yè)便率先復(fù)蘇,訂單數(shù)量不斷增加,ASML連續(xù)兩年打破銷售記錄。公司2010年的銷售額幾乎是2009年的三倍,緊接著2011年又更上一層樓。在這強勁的復(fù)蘇期間,ASML必須確保能夠按時交付滿足最高質(zhì)量標準的機器。
鑒于半導(dǎo)體行業(yè)需求的周期性質(zhì),ASML必須不斷調(diào)整其生產(chǎn)能力,以滿足市場的要求。這個過程相當復(fù)雜,涉及預(yù)估需求量、制定詳細的產(chǎn)出計劃、以及與大范圍的復(fù)雜供應(yīng)鏈保持同步。同時,還用到了Tecnomatix?組合中的Plant Simulation解決方案。
彌合產(chǎn)品設(shè)計與制造之間的差距
ASML使用了多款Siemens PLM Software解決方案,包括包括數(shù)字化生命周期管理軟件 Teamcenter?和產(chǎn)品設(shè)計軟件NX?。近來,ASML工業(yè)工程部開始部署離散事件仿真工具Plant Simulation。
“工業(yè)工程團隊的職能介于D&E(開發(fā)與工程)和M&L(制造與物流)之間,” ASML工業(yè)規(guī)范管理(ISM)團隊經(jīng)理Andreas Schoenwaldt解釋道?!拔覀兝肞lant Simulation執(zhí)行的生產(chǎn)仿真有助于這些團隊保持聯(lián)系。我們必須做很多決策,要么建立新的生產(chǎn)設(shè)施,要么改善現(xiàn)有設(shè)施。而有了Plant Simulation之后,我們可以在模擬過假設(shè)的生產(chǎn)場景之后再做決策。同時,我們的機器性能必須滿足極高的標準,比方說要能打印硅片上極小的特征,精確打印出三四十層,而且速度必須極快。精確到納米。不懈創(chuàng)新是我們ASML文化的一部分,也是我們所以能應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的原因。因此,我們需要一種離散事件仿真軟件工具,以對生產(chǎn)進行仿真和優(yōu)化?!?/FONT>
在生產(chǎn)階段創(chuàng)建工廠仿真模型,目標是縮短機器的交付周期
在生產(chǎn)階段,機器測試是持續(xù)時間最長的環(huán)節(jié),甚至比總裝階段還要長得多。ASML努力不懈地縮短交付周期、增加生產(chǎn)能力、降低成本,以成為客戶的首選供應(yīng)商。在研究如何應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的過程中,數(shù)據(jù)分析顯示,耽擱時間的一大原因在于加工晶片的延遲交付。ASML工業(yè)規(guī)范管理(ISM)團隊的工業(yè)工程師Joris Bonsel說,“這些晶片是我們在過程實驗室里制作完成的,主要是為了進行機器測試。我們所使用的數(shù)據(jù),來自測試部要求的5個月內(nèi)的實際晶片訂單,并結(jié)合相應(yīng)的實際交付時間。接著,我們創(chuàng)建了一個工廠仿真模型,其結(jié)果居然與所收集的數(shù)據(jù)完全對應(yīng),準確度真是驚人?!?/FONT>
“當確定我們有一個與實際情況相符的仿真模型時,我們就著手進行工業(yè)工程分析。顯而易見,實驗室人力投入越多交付成績越好,但是現(xiàn)在我們卻能對實際的生產(chǎn)進行仿真,并證實為過程實驗室增加一名員工的經(jīng)濟效益明顯高于投資一條新軌道的效益等。為了證明這一發(fā)現(xiàn)很重要,我們又進行了仿真,發(fā)現(xiàn)增加第二名員工就沒有什么成本效益。以前我們做這個分析時依據(jù)的是直覺,而不是仿真結(jié)果,因此很難辯駁仿真建議,” Bonsel說。“事實上,這是我們的Plant Simulation工廠仿真試點項目。通過這個項目我們發(fā)現(xiàn),有了Plant Simulation,我們能創(chuàng)建一個模型,精確模仿實際生產(chǎn)線的性能,這給我們留下了非常深刻的印象?!?/FONT>
新一代光刻機
ASML已開發(fā)出新一代的光刻機,采用極紫外(EUV)光,使芯片制造商能夠進一步縮小芯片上的特征尺寸。用于批量生產(chǎn)的第一代光刻機NXE:3300B系列將于2012年出貨,為此工程團隊必須進行生產(chǎn)設(shè)施規(guī)劃,以支持產(chǎn)品上線。ASML ISM團隊的工業(yè)工程師Maurice Schrooten解釋道:“其中一個主要問題是:‘制造該機型的主要模塊之一MBMM需要哪些生產(chǎn)資源?’毫無疑問,我們尋求的當然是成本效益最高的投資,于是我們便用Plant Simulation從清潔房間的空間占用率、產(chǎn)出變量以及勞動力和硬件投資等三個方面對三種不同的替代方案進行分析。這三種替代方案是:第一,克隆現(xiàn)有生產(chǎn)線;第二,外包(又稱為HLQB)部分生產(chǎn);第三,使用新的生產(chǎn)線方法,將裝配工作分給三個不同的工作區(qū)。仿真結(jié)果顯示,第一種方案需要較高的設(shè)備投入,棄之不用。另外兩個方案整體相差不大,最后我們選擇了風險最低的那一個。工廠仿真優(yōu)化了生產(chǎn)線配置,支持所需的生產(chǎn)能力,同時減少生產(chǎn)資源投資。”
通過仿真提高生產(chǎn)能力
TWINSCAN NXT:1950i機型的一個關(guān)鍵模塊是定位模塊(PM)。因為ASML的出發(fā)點是提升新設(shè)計的生產(chǎn)能力,因此團隊希望搞清楚需要多少鑒定工具,也就是定位模塊鑒定工具(PMQT),以及如何最大化工具的使用效率。同時,團隊還制定了明確的計劃,基于同樣的任務(wù),對兩個并行工作站與兩個串行工作站的部署進行比較,每個工作站負責一半的任務(wù)。ASML ISM團隊的工業(yè)工程師Ron Clauwers說:“為了實現(xiàn)最高產(chǎn)出,我們對四種場景進行相互比較。工廠仿真的結(jié)果顯示,我們應(yīng)當以靈活(而非固定不變)的方式使用兩種相同的PMQT,換言之,按照優(yōu)先規(guī)則,根據(jù)生產(chǎn)步驟的需要使用各PMQT,并在PMQT之前采用并行工作站(而非串行工作站)的部署方式。”
Plant Simulation成為決策工具箱的一部分
“Plant Simulation的一大優(yōu)勢在于能夠按照特定的邏輯創(chuàng)建對象庫,然后在不同的模型中重用這些對象,”Schrooten說。“Siemens PLM Software的部署合作伙伴cards PLM Solutions B.V.與我們密切合作,為我們提供了非常有用的初始對象庫。比如說,我們在自己的對象庫中創(chuàng)建了遺傳算法(GA)優(yōu)化對象。在仿真某個制造流程時,我們可以定義各制造步驟之間的很多約束條件,如優(yōu)先約束——定義哪個步驟應(yīng)當在另一步驟之前完成;時間約束——根據(jù)需要定義執(zhí)行某些制造步驟所需的等待時間;以及與實際操作有關(guān)的約束條件,如某兩個步驟不能同時進行,因為它們處于機器的同一物理區(qū)域?!?/FONT>
“遺傳算法優(yōu)化對象使用了Plant Simulation的遺傳算法功能,在考慮到所有約束條件的前提下推薦流程步驟的順序,并將步驟分配給指定的生產(chǎn)人員?!?/FONT>
“另外,我們還使用了Plant Simulation的另一個非常有用的功能,那就是實驗管理器。通過它,我們能夠?qū)Χ鄠€場景進行仿真,并且能非常輕松地比對不同替代方案的結(jié)果。”
Schoenwaldt最后總結(jié)說:“保持世界領(lǐng)先地位非常不容易。你必須不斷創(chuàng)新,提高成本效益。我們將Plant Simulation納入工程決策流程,以便在生產(chǎn)線實際試運行之前,對很多生產(chǎn)場景進行虛擬仿真。
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