FAB 공장 제조 핵심 지표 !!!

반도체 제조(Fab)에서 핵심 생산 지표(KPI)는 생산 효율성, 품질, 비용 및 신뢰성을 측정하는 핵심 도구입니다. 다음은 팹 생산의 주요 지표에 대한 분석과 자세한 설명입니다.

 

 첫째, 생산 효율 지수입니다

1. 사이클 타임

정의: 웨이퍼가 생산 라인에 투입된 시점부터 모든 공정 단계가 완료될 때까지의 총 시간입니다.

중요도: 배송 속도와 재고 회전율에 직접적인 영향을 미칩니다.

최적화 방향: 장비 유휴 시간을 줄이고 프로세스 시퀀스(예: 배치 처리)를 최적화하여 사이클 시간을 단축합니다.

 

2. 처리량

정의: 단위 시간(일반적으로 주/월)당 생산된 적격 웨이퍼의 수(WPM).

'처리량 = 사용 가능한 장치 수 × 장비 사용률 × 단일 장비 수율'로 계산됩니다.

업계 참조: 첨단 공정(예: 3nm)의 월간 생산 능력은 일반적으로 10,000개의 웨이퍼로 측정됩니다.

 

3. 이용률

정의: 장비가 실제로 실행된 총 계획된 시간의 백분율입니다.

공식: '사용률 = (실제 생산 시간 / 계획된 사용 가능 시간) × 100%'.

균형: 수율 저하로 이어지는 과도한 사용을 방지하기 위해 장비 유지 관리(PM) 주기와 조정해야 합니다.

 

둘째, 품질 지표

1. 수율

웨이퍼 수율

모든 공정을 통과하는 모놀리식 웨이퍼의 비율이 검증되었으며 첨단 공정(7nm 미만)의 목표 수율은 95%>.

다이 수율

단일 웨이퍼에서 사용할 수 있는 적격 칩의 비율은 결함 밀도에 크게 영향을 받습니다.

 

2. 결함 밀도

정의: 웨이퍼의 단위 면적당 결점 수(일반적으로 '결점/cm²'로 측정됨).

제어 수단 : 클린 룸 등급 (클래스 1-100), 리소그래피 공정 최적화, 장비 입자 모니터링.

 

3. 재작업률

정의: 품질 문제로 인해 재처리해야 하는 웨이퍼의 비율.

목표: 고급 팹은 일반적으로 <0.5%의 재작업률이 필요합니다.

 

셋째, 원가관리 지표

1. 웨이퍼당 비용

구성: 장비 감가상각(40%-60%), 재료(포토레지스트, 타겟 등), 노동, 에너지.

업계 데이터: 7nm 웨이퍼의 비용은 약 $9,000-$10,000이고 3nm는 $20,000 이상에 도달할 수 있습니다.

 

2. 전반적인 장비 효율성(OEE)

공식: 'OEE = 장비 활용도 × 성능 비율 × 수율'.

목표: 반도체 산업 OEE> 우수성 80% 달성

 

3. 재료비 비율

주요 재료: 포토레지스트(재료비의 15%-20%), CMP 슬러리, 고순도 가스.

 

넷째, 장비 및 공정 안정성 지표

1. MTBF (평균 고장 간격)

정의: 첨단 리소그래피 기계(예: ASML EUV)의 경우 장비, MTBF > 고장 사이의 평균 실행 시간 1,000시간.

 

2. MTTR (평균 수리 시간)

정의: 장비 고장에서 생산 재개까지의 평균 시간으로, Fab에는 일반적으로 4시간 < MTTR이 필요합니다.

 

3. 공정 능력 지수(Cpk)

정의: 공정의 안정성을 측정하기 위한 통계적 지표인 Cpk≥1.33은 공정이 제어 가능하다는 것을 나타냅니다.

 

5. 공급망 및 배송 지표

1. 정시 납품

목표: 고객 주문 > 99%의 정시 납품률, 팹과 OSAT 간의 협업이 핵심입니다.

 

2. 재고 회전율

공식: '연간 매출/평균 재고 가치', 고급 팹 목표 > 8회/년.

 

3. WIP(작업 내 작업 인벤토리)

관리 원칙: JIT(Just-In-Time Production)를 통해 WIP 백로그를 줄이고 생산 능력과 주문 변동의 균형을 맞춥니다.

 

6. 환경 및 안전 지표

1. EHS 준수율

초점: 화학물질 유출 횟수, 배기 가스/폐수 처리 규정 준수율(예: 불소 배출량 < 1ppm).

 

2. 화학물질 사용 효율

최적화 방향: 포토레지스트 회수율, 에칭 가스 재활용률.

 

주요지표 통합관리

대시보드 도구: 어플라이드 머티어리얼즈(Applied Materials)의 스마트팩토리(SmartFactory)와 같은 MES(Manufacturing Execution System)를 사용한 지표의 실시간 모니터링.

 

벤치마킹 분석: SEMI(International Semiconductor Industry Association)에서 발표한 업계 벤치마크 데이터와 비교.

 

지속적인 개선: Six Sigma 및 SPC(Statistical Process Control)를 통해 프로세스를 최적화합니다.

 

 

예: TSMC의 5nm 생산 라인 주요 지표(2023년 데이터)

| 지표 | 목표 값 |

| 싸이클 타임 | <30일 |

| 웨이퍼 수율 | >94% |

| OEE                 | 85%              |

| 결함 밀도 | <0.05/cm² |

| 웨이퍼당 비용 | ~$16,000 |

 

요약

팹 생산의 핵심 지표는 "품질-비용-납품"이라는 철의 삼각형을 중심으로 수행되어야 합니다.

 

품질 우선: 수율 및 결함 밀도가 핵심 경쟁력입니다.

 

정제된 비용 관리: OEE 및 자재 활용을 통해 단가를 절감합니다.

 

민첩한 납품: 주기 시간을 단축하고 정시 납품률을 향상시킵니다.

 

반도체 제조의 복잡성은 메트릭 간에 높은 수준의 시너지 효과를 필요로 하며, 단일 메트릭의 과도한 최적화는 전반적인 효율성의 감소로 이어질 수 있습니다.

 

在半导体制造（Fab）中，关键生产指标（KPIs）是衡量生产效率、质量、成本和可靠性的核心工具。以下是Fab生产的关键指标分类及详细说明：

 

 一、生产效率指标

 1. Cycle Time（生产周期时间）

   定义：从晶圆投入生产线到完成所有工艺步骤的总时间。

   重要性：直接影响交付速度和库存周转率。

   优化方向：通过减少设备闲置时间、优化工艺顺序（如批量处理）缩短周期。

 

2. Throughput（产能）

   定义：单位时间（通常为周/月）内生产的合格晶圆数量（Wafer Out per Month, WPM）。

   计算公式：`Throughput = 可用设备数 × 设备利用率 × 单台设备产出率`。

   行业参考：先进制程（如3nm）月产能通常以万片（Wafers）为单位。

 

 3. Utilization Rate（设备利用率）

   定义：设备实际运行时间占总计划时间的百分比。

   公式：`利用率 = (实际生产时间 / 计划可用时间) × 100%`。

   平衡点：需与设备维护（PM）周期协调，避免过度使用导致良率下降。

 

二、质量指标

1. Yield（良率）

   Wafer Yield（晶圆良率）

    单片晶圆通过所有工艺后合格的比例，先进制程（7nm以下）目标良率>95%。

   Die Yield（芯片良率）

     单片晶圆上可用的合格芯片数量占比，受缺陷密度（Defect Density）影响显著。

 

2. Defect Density（缺陷密度）

   定义：单位面积晶圆上的缺陷数量（通常以`defects/cm²`计）。

  控制手段：洁净室等级（Class 1-100）、光刻工艺优化、设备粒子监控。

 

3. Rework Rate（返工率）

   定义：因质量问题需要重新加工的晶圆比例。

  目标：先进Fab通常要求返工率<0.5%。

 

三、成本控制指标

1. Cost per Wafer（每片晶圆成本）

   构成：设备折旧（占40%-60%）、材料（光刻胶、靶材等）、人工、能源。

 行业数据：7nm晶圆成本约$9,000-$10,000，3nm可达$20,000以上。

 

2. Overall Equipment Effectiveness (OEE)（设备综合效率）

   公式：`OEE = 设备利用率 × 性能率 × 良率`。

  目标值：半导体行业优秀OEE>80%。

 

3. Material Cost Ratio（材料成本占比）

   关键材料：光刻胶（占材料成本15%-20%）、CMP研磨液、高纯气体。

 

四、设备与工艺稳定性指标

1. MTBF（平均故障间隔时间

   定义：设备两次故障之间的平均运行时间，先进光刻机（如ASML EUV）MTBF>1,000小时。

 

2. MTTR（平均修复时间）

   定义：设备从故障到恢复生产的平均时间，Fab通常要求MTTR<4小时。

 

3. Process Capability Index（工艺能力指数，Cpk）

   定义：衡量工艺稳定性的统计指标，Cpk≥1.33表示工艺可控。

 

五、供应链与交付指标

1. On-Time Delivery（准时交付率）

   目标：客户订单按时交付率>99%，晶圆厂与封装测试厂（OSAT）协同是关键。

 

2. Inventory Turnover（库存周转率）

   公式：`年销售额 / 平均库存价值`，先进Fab目标>8次/年。

 

3. WIP（在制品库存）

   管理原则：通过JIT（准时制生产）减少WIP积压，平衡产能与订单波动。

 

六、环境与安全指标

1. EHS Compliance Rate（环境健康安全合规率）

   重点：化学品泄漏事故次数、废气/废水处理达标率（如氟化物排放<1ppm）。

 

2. Chemical Usage Efficiency（化学品使用效率）

   优化方向：光刻胶回收率、刻蚀气体循环利用率。

 

关键指标的综合管理

Dashboard工具：使用MES（制造执行系统）实时监控指标，如Applied Materials的SmartFactory。

 

对标分析：与SEMI（国际半导体产业协会）发布的行业基准数据对比。

 

持续改进：通过Six Sigma（六西格玛）和SPC（统计过程控制）优化工艺。

 

 

示例：台积电5nm产线关键指标（2023年数据）

| 指标                | 目标值           |

| Cycle Time          | <30天            |

| Wafer Yield         | >94%             |

| OEE                 | 85%              |

| Defect Density      | <0.05/cm²        |

| Cost per Wafer      | ~$16,000         |

 

总结

Fab生产的关键指标需围绕 “质量-成本-交期”铁三角展开：  

 

质量优先：良率与缺陷密度是核心竞争力；  

 

成本精细化管理：通过OEE和材料利用率降低单位成本；  

 

敏捷交付：缩短Cycle Time并提升准时交付率。  

 

半导体制造的复杂性要求指标间高度协同，任何单一指标的过度优化都可能导致整体效率下降。