장비 가용성이란 무엇인가요?

By 제니퍼 로빈슨

이전 뉴스레터에서는 이동 정의와 웨이퍼 팹마다 이동을 어떻게 다르게 정의하는지에 대해 이야기했습니다. 오랫동안 FabTime 보고 소프트웨어의 일부로 사용되어 왔으며 상황에 따라 다르게 정의할 수 있는 지표는 장비 가용성입니다. 이 문서에서는 네 가지 가능성을 검토하고 명확한 이름 지정 및 사용 사례를 제공합니다.

SEMI E10 표준에 따르면 가용성은 "장비 시스템이 필요할 때 의도한 기능을 수행할 수 있는 상태에 있을 확률"이라고 정의합니다. 이 확률은 "장비가 예상 기능을 수행할 수 있는 상태에 있는 시간"을 전체 시간의 일부로 나누어 계산할 수 있습니다.

분자인 "장비의 상태가 양호한 시간"에 대해 생각하는 방법과 분모인 "전체 시간"에 대해 생각하는 두 가지 방법이 있습니다. 이 각각은 아래에 표시된 SEMI E10 장비 상태와 일치합니다. 물어볼 것이 있습니다:

먼저 분자를 살펴봅시다. 필요한 경우 장비가 의도한 기능을 수행할 수 있는 양호한 상태의 시간 간격을 찾고자 합니다. 우리는 생산 시간(장비가 실제로 의도한 기능을 수행하는 시간)과 대기 시간(필요한 경우 장비를 사용할 준비가 된 시간)을 분명히 포함하고자 합니다.

하지만 엔지니어링 시간은 어떨까요? 장비 엔지니어의 관점에서 볼 때 제조 또는 프로세스 엔지니어링에서 장비를 사용할 수 있다면 가동된 것입니다. 따라서 이러한 관점에서 엔지니어링 시간은 장비 가동 시간에 포함되어야 합니다. 반면에 제조 관리자의 관점에서 보면 프로세스 엔지니어가 실험을 실행하기 위해 장비를 사용하는 경우 제조 조직에서 장비를 사용할 수 없습니다. 제조 조직에서 장비를 사용할 수 있는 시점에 초점을 맞추고 분자에 엔지니어링 시간을 포함하지 않는 가용성(또는 가용성과 유사한 개념)이 있으면 도움이 될 것입니다.

이제 분모에 대해 생각해 보겠습니다. 가용성의 분명한 분모는 총 시간입니다. 총 시간 중 장비를 사용할 수 있는 시간은 얼마나 될까요? 하지만 예약되지 않은 시간에 대해서는 좀 더 신중하게 생각해야 합니다. 경기 침체기에 한 달 동안 장비를 끄고 상태를 "예약되지 않은 시간"으로 설정하면 어떻게 될까요? 비즈니스상의 이유로 비예약 시간을 사용하기로 결정한 경우에도 장비 엔지니어에게 비예약 시간에 대해 (사실상) 불이익을 주어야 할까요? 아니면 운영 시간(예정되지 않은 시간을 제외한 모든 시간)을 사용하는 것이 더 나을까요?

인피콘에서 늘 그렇듯이, 저희는 고객에게 이러한 질문을 던졌습니다. (메트릭 정렬 팀원 여러분, 감사합니다!) 다음 두 섹션에서는 이러한 토론을 통해 배운 내용을 공유합니다. 저희가 제안한 정의는 다음과 같습니다.

고객과 이야기를 나누다 엔지니어링 시간 처리와 관련하여 두 가지 질문을 받았습니다. 첫 번째는 엔지니어링 시간을 언제 다운타임으로 처리해야 하는지에 대한 질문이었고, 두 번째는 엔지니어링 시간을 언제 가용 시간으로 간주해야 하는지에 대한 질문이었습니다. 첫 번째 질문은 SEMI E10에 대한 답변입니다. 두 번째는 두 가지 유형의 가용성에 대한 필요성에 대한 것입니다.

엔지니어링 시간은 언제 다운타임으로 처리해야 할까요? 회사마다 엔지니어링 시간의 정의가 다릅니다. 이 장비가 엔지니어링 활동에 사용되지 않았다면 제조 부서에서 사용할 수 있었을까요? 그렇지 않다면 엔지니어링 시간은 사용 불가능한 시간의 일부로 간주됩니다. 그러나 장비를 사용할 수 있었다면 해당 시간은 사용 가능한 시간으로 간주됩니다. E10 사양은 장비를 사용할 수 없었다면 해당 시간을 다운타임으로 처리해야 한다고 명확하게 명시하고 있습니다. E10은 엔지니어링 상태를 다음과 같이 정의합니다(강조는 필자):

"장비가 의도된 기능을 수행할 수 있는 상태이지만 엔지니어링 실험을 수행하기 위해 작동되는 장비 상태, 특히 ENG 중 장비 시스템의 사용이 정상적인 생산을 나타내지 않는 경우. ENG에는 장비 시스템을 의도된 기능을 수행할 수 있는 상태로 복원하는 데 필요한 모든 활동이 포함됩니다."

따라서 엔지니어가 어떤 방식으로든 장비에서 작업하고 있더라도 생산 과정에서 장비를 사용할 수 없었던 시간을 다운타임으로 처리하는 것이 좋습니다. 이는 다운타임 하위 상태를 잘 활용하는 방법입니다. 예를 들어 예정된 또는 예정되지 않은 다운타임에 매핑되는 "다운 엔지니어링"이라는 하위 상태를 만들고 특정 보고서에 대해 해당 시간을 필터링할 수 있습니다.

다운타임이 아닌 엔지니어링 시간인 경우 언제 사용 가능한 시간으로 계산해야 하나요? 생산 부서에서 장비를 사용할 수 있었지만 대신 엔지니어가 실험용으로 사용했다면 해당 시간은 엔지니어링 시간으로 처리해야 합니다. 엔지니어가 장비를 사용하여 레시피를 조정하고 레시피 레벨 퀄을 수행하는 상황도 여기에 포함됩니다.

고객들은 대체로 이 장비를 생산에 사용할 수 있었다면 유지 관리 조직에서 이 장비를 사용할 수 있는 것으로 취급하기를 원할 것이라는 데 동의했습니다. 하지만 그 기간 동안 제조 조직에서 장비를 사용할 수 없었던 것도 사실입니다.

우리는 엔지니어링 시간을 가용 시간의 일부로 포함하는 메트릭을 원합니다. 이 시간은 장비가 다운되지 않고 생산에서 웨이퍼를 실행하는 데 사용할 수 있는 시간입니다. 이는 유지보수 엔지니어가 웨이퍼를 실행하기에 적합한 상태로 장비를 얼마나 잘 유지하고 있는지를 판단하는 데 사용하기에 적절한 메트릭입니다.

그러나 때로는 장비가 다운되지 않더라도 엔지니어가 다른 용도(실험, 레시피 수준 검증 등)로 장비를 사용하기 때문에 제조에 사용할 수 없는 경우도 있다는 사실도 파악할 수 있는 방법이 필요합니다. 그런 다음 장비를 사용할 수 있는 시간 동안 장비를 얼마나 잘 사용하는지에 따라 생산 조직을 측정할 수 있습니다.

따라서 분자에 엔지니어링이 포함된 가용성 버전과 분자에 생산 및 대기 시간만 포함된 가용성 버전이 필요하다는 결론을 내립니다.

전통적으로 비예약 시간은 팹 가동 중단 및 휴일에 사용되며, 이는 팹의 대부분 또는 모든 장비에 적용됩니다. 장비 수준의 비예약 시간은 주로 설치, 이동 또는 해체 중인 장비에 적용됩니다. 그러나 일부 팹에서는 특히 업무가 느린 기간에 장비를 '소프트 유휴' 상태로 설정하기도 합니다. 소프트(또는 간헐적) 유휴 상태는 장비를 다시 온라인 상태로 전환하기 위해 퀄이 필요하다는 점을 제외하고는 장비를 사용할 준비가 되어 있는 예정되지 않은 상태입니다. 팹에서는 다른 장비가 오후에 장시간 다운되기 때문에 장비를 소프트 유휴 상태에서 해제했다가 며칠 후에 다시 생산에서 제외할 수 있습니다. 일부 팹에서는 일시적인 인력 문제로 인해 또는 에너지 또는 소모품 절약을 위해 이러한 유형의 간헐적 유휴 시간을 사용하기도 합니다.

일부 팹에서는 하나의 챔버가 작동하지 않지만 수리를 위해 전체 장비를 중단할 수 없거나 생산이 불가능한 경우 챔버 수준의 비예약 시간을 사용합니다. 해당 챔버는 "비예정"으로 표시되어 유지보수 팀이 작업을 하지 않아도 불이익을 받지 않습니다. 다른 팹에서는 대신 "Prod Down" 상태를 사용하여 챔버가 다운된 것으로 기록되지만 유지보수 팀은 생산팀에서 수리를 기다리도록 요청했음을 알 수 있습니다.

더 많은 팹에서 장비를 사용할 수 없지만 유지 관리 팀의 문제가 아님을 나타내기 위해 단기간의 비예약 상태를 사용하는 것으로 보입니다. 일부 팹에서는 예약되지 않은 상태가 장비가 전혀 수정되지 않을 것임을 암시할 수 있기 때문에 이를 철학적으로 반대하기도 합니다. 그러나 일반적으로 장비는 유지 관리 팀과 관련이 있는 것이 아니라 관리/비즈니스상의 이유로 소프트 유휴 상태가 됩니다.

재정적 또는 운영상의 이유로 일시적으로 오프라인 상태가 되는 장비와 챔버를 반영하기 위해 예약되지 않은 시간을 사용하는 경우가 증가함에 따라 운영 시간(총 시간에서 예약되지 않은 시간을 뺀 시간)을 기준으로 가용성을 보고하는 팹이 많아졌습니다. 그러나 재무 부서는 여전히 팹의 전반적인 효율성을 더 잘 이해하기 위해 총 시간을 기준으로 가용성을 확인하고자 하는 것이 일반적입니다. 따라서 분모에 예약되지 않은 시간을 포함하거나 포함하지 않는 두 가지 측정값이 모두 유용합니다.

고객과의 논의를 통해 분자의 각 변형(엔지니어링 시간 포함 및 제외)과 분모의 각 변형(비예정 시간 포함 및 제외)이 최소한 가끔씩은 필요하다는 결론을 내렸습니다. 분자에 대한 두 가지 선택과 분모에 대한 두 가지 선택은 가용성에 대한 네 가지 잠재적 정의를 제공합니다.

위에 표시된 SEMI E10 장비 상태와 장비 생산성의 정의 및 측정을 위한 SEMI E79 사양을 기준으로 네 가지 정의를 각각 정의하고, FabTime 및/또는 인피콘 FPS 제품 라인에서 이러한 정의가 어떻게 사용되었는지에 대한 추가 컨텍스트를 설명합니다.

1. SEMI E79 가용성 효율성(이전에는 FabTime OEE 차트에 사용됨) = SEMI E10 총 가동 시간 % = 총 가동 시간의 FPS 가용성 = (생산 + 대기 + 엔지니어링) / 총 시간. E10/E79와의 단순성 및 일관성을 위해 이를 E79 가용성 %라고 부르는 것이 좋습니다.
2. E10 운영 가동 시간 % = 운영 가동 시간 가용성 = (생산 + 대기 + 엔지니어링) / 운영 시간, 여기서 운영 시간 = 총 시간 - 비예약 시간. 이를 운영 가용성 %라고 부르는 것이 좋습니다.
3. FPS 가용 제조 가동 시간(AMU) = E79 제조 시간/운영 시간 = (생산 + 대기) / 운영 시간. 이를 제조 가동률이라고 부르는 것이 좋습니다.
4. E79 제조 시간/총 시간 = FabTime 가용성(제조까지) = (생산 + 대기) / 총 시간. 이를 E79 제조 %라고 부르는 것이 좋습니다. (기술적으로 E79에서는 이를 백분율로 정의하지 않지만, E79와 E10에서는 '생산 + 대기'를 '제조 시간'으로 명확하게 정의하고 있으며, 총 시간을 기준으로 백분율을 사용하는 것이 다른 E10/E79 계산과 일관성이 있다고 생각합니다.)

메트릭 팀의 공동 리더인 Paul Campbell이 작성한 아래 표는 이러한 정의를 더욱 명확하게 보여줍니다. 각 행(분모 기준)과 열(분자 기준)의 이름 지정이 대칭을 이루고 있음을 주목하세요.

이 프레임워크에서 레시피 수준 품질은 왼쪽 열(가용성 %)의 분자에는 엔지니어링 시간으로 포함되어야 하지만 오른쪽 열(제조 %)의 분자에는 포함되지 않습니다. 따라서 제조 %는 장비가 생산에 투입된 시간(웨이퍼 실행 중이든 대기 중이든)을 나타내며, 가용성 %에는 엔지니어가 장비를 사용 중이어서 생산에 사용할 수 없었던 시간이 포함됩니다.

마찬가지로 위쪽 행은 총 시간을 기준으로 하고 아래쪽 행은 예약되지 않은 시간을 제외한 작업 시간을 기준으로 합니다.

유지 관리 팀은 운영 가용성 %를 선호할 가능성이 높습니다. 제조 팀은 운영 제조 %에 더 집중할 가능성이 높지만 장비를 다시 활성화하여 얻을 수 있는 기회를 더 잘 이해하기 위해 E79 제조 %를 고려할 수 있습니다. 한편, E79 가용성 %는 전체 장비 효율성을 개선하는 데 있어 네 가지 지표 중 가장 관련성이 높습니다.

예를 들어 질화물 Deh 장비에 대한 아래의 장비 상태 추세 차트를 살펴보겠습니다. (이 예는 예약되지 않은 시간을 추가하도록 조정된 FabTime 데모 서버의 예입니다.) 이 장비에는 간헐적으로 엔지니어링 시간이 상당히 많이 소요됩니다. 또한 3일에 걸쳐 48시간 동안 지속되는 비예약 시간도 있습니다.

이 장비의 네 가지 가용성 계산 방법은 다음과 같습니다. (자세한 내용은 요청 시 스프레드시트로 제공됩니다.)

엔지니어링 시간과 비예약 시간이 모두 있는 경우 항상 네 가지 값 중 운영 가용성 %가 가장 크고 E79 제조 %가 가장 작습니다. 이는 전자의 경우 분자에 엔지니어링 시간이 포함되지만 분모에는 예정되지 않은 시간이 포함되지 않고, 그 반대의 경우도 마찬가지이기 때문입니다. 나머지 두 개는 엔지니어링 시간과 비예약 시간의 양에 따라 달라집니다. 엔지니어링 시간이 없거나 예약되지 않은 시간이 없는 경우 네 값은 모두 동일합니다.

본 뉴스레터에서 이전에 논의한 바와 같이(18.04호 참조): 가용성의 가변성 측정 및 이슈 25.04: 올바른 장비 신뢰성 지표를 추적하여 팹주기 시간 개선)에 따르면, 팹은 평균 가용성을 개선하기 위해 노력하는 것 외에도 가용성 변동성을 최소화하기 위해 노력해야 합니다. 이를 위한 한 가지 방법은 주어진 장비 또는 장비 그룹에 대한 가용성 관측치의 변동 계수(CV)를 측정하는 것입니다(여기서 CV = 표준 편차/평균). 네 가지 가용성 정의 각각에 대해 이 작업을 수행하면 네 가지 종류의 가용성 CV를 얻을 수 있습니다:

• E79 가용성 %의 CV
• 운영 가용성 CV %
• 운영 제조 CV %
• E79 제조의 CV %(이 값은 현재 FabTime의 평균 대 가용성 CV 차트에서 사용되는 값입니다. 해당 차트의 예는 아래에 나와 있습니다.)

앞의 질화물 Deh#1 예제에 이어서 각 가용성 계산에 대한 관측치가 28개 있습니다. 가용성 값의 표준 편차와 평균이 다음 페이지의 표에 추가되었습니다. 이 예제에서 분명한 것은 가용성 % 값(분자에 엔지니어링 시간을 포함하는 왼쪽 두 열)의 변동이 제조 % 값(제조에 사용할 수 있는 시간만 포함하는 오른쪽 두 열)에 비해 적다는 것입니다. 이는 당연한 결과입니다. 위의 장비 상태 추세 차트를 보면 예정된 다운타임과 예정되지 않은 다운타임의 합에 매일 큰 변동이 없음을 알 수 있습니다.

간헐적인 엔지니어링 시간으로 인해 장비를 제조에 사용할 수 있는 시간에 상당한 변동성이 생깁니다. 물론 비예약 시간은 총 시간에 전혀 영향을 미치지 않기 때문에 변동성 영향이 적습니다. 평균적으로 이 예에서 예약되지 않은 시간은 운영 시간에 미치는 영향이 적습니다(672시간 중 48시간 = 7.1%). 예약되지 않은 시간이 더 자주, 더 짧은 기간 동안 사용되는 시나리오에서는 CV 값에 더 큰 영향을 미칠 것으로 예상할 수 있습니다. 그러나 이러한 유형의 비예약 시간 사용은 발생할 가능성이 적습니다.

인피콘은 네 가지 선택지 중 운영 가용성 CV를 사용할 것을 권장합니다. 유지 관리 팀이 장비를 일관되게 사용할 수 있도록 장려하기 위한 지표로 가용성 CV를 사용하고자 합니다. 운영 가용성 %는 분자에 "(프로덕션 + 대기 + 엔지니어링)"를 사용하여 유지 관리 조직이 프로덕션 및 엔지니어링 요구 사항에 장비를 성공적으로 제공했는지를 반영합니다. 분모에 운영 시간을 사용하는 것은 일반적으로 유지 관리 팀에서 장비를 일시적으로 예정되지 않은 상태로 전환하는 결정을 내리지 않는다는 사실을 반영합니다. 따라서 이러한 결정으로 인해 발생하는 변동성으로 인해 불이익을 받아서는 안 됩니다. 저희는 보고 제품에서 가용성/제조 시간 CV의 네 가지 버전 모두에 액세스할 수 있도록 할 계획입니다.

장비 가용성은 팹에서 일하는 사람들이 매일 관심을 기울이는 부분입니다. 하지만 팹과 관련된 대부분의 일이 그렇듯이 가용성의 정의를 자세히 들여다보면 숨겨진 복잡성을 발견하게 됩니다. 고객과 가용성에 대해 논의한 결과, 가용성 계산을 위해 두 가지 버전의 분자와 두 가지 버전의 분모가 필요하다는 것을 확인했습니다. 분자의 변화는 장비가 가동 중이지만 엔지니어링에서 실험 또는 레시피 수준의 퀄리티를 수행하기 위해 사용하는 시간을 가용 시간으로 계산할지 여부에 따라 달라집니다. 분모의 변화는 총 시간을 사용할지, 아니면 작업 시간(예정되지 않은 시간 제외)을 사용할지에 따라 달라집니다. 분자와 분모의 이 두 가지 버전으로 인해 네 가지 정의가 나오며, 각 정의는 각기 다른 요구사항에 적합할 수 있습니다.

저희는 팹을 운영하는 사람들이 자신이 선택한 메트릭에 액세스할 수 있어야 한다고 생각하기 때문에 제품에서 네 가지 정의를 모두 사용할 수 있도록 하려고 합니다. 네 가지 버전을 모두 계산하고 정의를 명확히 함으로써 여러 팹(또는 팹 내 장비 세트)의 가용성 성능을 비교할 때 혼란을 줄일 수 있을 것입니다. 또한 각 가용성 메트릭에 해당하는 변동 계수 값을 계산하여 표시할 것입니다. 여기에는 유지 관리 팀이 변동성을 줄이는 데 가장 도움이 될 가능성이 높은 가용성 값의 CV를 권장합니다.

내부 및 고객 지표 조정 팀원들, 특히 지표 팀의 공동 책임자인 폴 캠벨에게 많은 감사를 드립니다. 장비 상태에 대한 논의에 큰 도움을 준 E10 및 E79를 개발한 SEMI 팀에게도 감사드립니다.

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