Средства цифрового производства помогают мировому лидеру эффективно реагировать на рост рынка

Инновационным изделиям бытовой и промышленной электроники нужны самые современные микросхемы

Компания ASML – один из ведущих мировых постав- щиков систем фотолитографии для полупроводниковой промышленности. Предприятие выпускает сложное оборудование, необходимое для производства интегральных микро- схем. Решения компании ASML помогают уменьшать размеры и повы- шать функциональные возможности микросхем. В результате появляются эффективные электронные изделия для потребительского рынка и промышленности.

Именно полупроводниковая отрасль организовала «цифровую революцию», и немалую роль в этом сыграл процесс фотолитографии, заключающийся в проецировании уменьшенных изображений элементов схемы на кремниевую подложку. Данный процесс по-прежнему гарантирует действие «закона Мура», согласно которому прогресс технологии приводит к регулярному удвоению числа транзисторов на микросхеме. Фотолитография позволяет уменьшить размеры микросхем, создавая более экономичные и энергоэффективные устройства и сервисы. Они дарят нам мобильность, безопасность, цифровые развлечения и возможность всегда быть на связи.

В условиях мирового финансового кризиса 2009 г производители микросхем резко сократили капиталовложения. Ко второй половине года в полупроводниковой отрасли началось оживление и рост заказов. В итоге два последующих года для компании ASML стали рекордными по объемам продаж. Продажи в 2010 году практически утроились по сравнению с показателями 2009 года. В 2011 году рост продаж продолжился. При столь быстром восстановлении спроса компании ASML требовалось обеспечить своевременные поставки продукции самого высокого качества.

Компания ASML постоянно меняет производственные мощности под требования рынка, так как спрос в полупроводниковой промышленности циклический Это сложный процесс, предусматривающий прогнозирование спроса, разработку подробных планов выпуска продукции и обеспечение согласованной работы всей большой и сложной цепочки поставок. При этом применяется решение Plant Simulation из пакета Tecnomatix®.

Устранение разрыва между разработкой и изготовлением

Компания ASML использует решения от Siemens PLM Software, среди которых – система управления жизненным циклом изделия Teamcenter® и система автоматизированного проектирования NX™. Недавно отдел подготовки производства компании начал работать с Plant Simulation – средством моделирования дискретных событий.

«Отдел подготовки производства связывает между собой конструкторскую службу, технологов и отдел снабжения – рассказывает Андреас Шонвальдт (Andreas Schoenwaldt), руководитель группы управления техническими требованиями компании ASML. – Создаваемые нами в Plant Simulation модели производственных процессов объединяют работу всех этих подразделений. Мы принимаем множество решений по модернизации существующих или строительству новых производственных мощностей. Решение Plant Simulation помогает принимать такие решения и моделировать сценарии вида ‘что будет, если...’. Наше оборудование должно соответ ствовать самым высоким стандартам. Оно печатает мельчайшие элементы схем на кремниевых подложках, создавая 30...40 слоев, абсолютно точно накладываемых один поверх другого, и делает это невероятно быстро. Процесс выполняется с нанометровой точностью». Постоянное стремление к инновациям, ставшее неотъемлемой частью корпоративной культуры компании ASML, позволяет нам успешно решать подобные задачи. Для моделирования и оптимизации производственных процессов нам требовался инструмент численного моделирования дискретного производства.

Создание модели производственного процесса в Plant Simulation с целью сокращения сроков выполнения заказов

Испытания оборудования – самый длительный этап производственного процесса. Он занимает значительно больше времени, чем этап сборки. Чтобы укрепить свою репутацию надежного поставщика, компания ASML постоянно стремится сокращать сроки выполнения заказов, повышать объемы выпуска и снижать себестоимость. Анализ показал, что одна из причин срыва сроков – задержки с поставками обработанных подложек. Инженертехнолог группы управления техническими требованиями компании ASML Йорис Бонсел (Joris Bonsel) отмечает: «Подложки выпускает наша технологическая лаборатория. Почти все подложки идут на испытания готовой продукции. Мы рассмотрели заказы отдела испытаний за пять месяцев, а также фактическое время поставки подложек. Затем в Plant Simulation была создана модель. Результаты ее расчета точно совпали с реальными данными – уровень точности оказался поистине удивительным.

«Когда мы установили, что наша расчетная модель точно отображает реальное положение дел, мы начали проводить технологические расчеты. Было очевидно, что увеличение численности персонала лаборатории повысит своевременность выполнения заказов. Однако мы выполнили моделирование реального производства и подтвердили, что наибольшую финансовую отдачу даст именно увеличение штата лаборатории на одного сотрудника, а не, к примеру, приобретение новой производственной линии. Чтобы показать, что такой вывод далеко не очевиден, мы смоделировали ситуацию добавления двух ставок в лаборатории и показали, что это было бы неэффективно с финансовой точки зрения. Ранее подобный анализ выполнялся на основе опыта, а не точных расчетов. А вот с цифрами уже не поспоришь». Бонсел продолжает: «Это был наш первый проект в Plant Simulation. На нас произвело большое впечатление то, что в модель в Plant Simulation точно отражает работу настоящей производственной линии».

Новое поколение фотолитографических систем

Компания ASML разработала фотолитографическую систему нового поколения, в которой применяется коротковолновый ультрафиолетовый свет, что позволяет снизить размеры элементов микросхемы. Поставки первых промышленных систем NXE:3300B были запланированы на 2012 год. Перед технологами встала задача подготовки производства нового оборудования. Морис Шрутен (Maurice Schrooten), инженертехнолог группы управления техническими требованиями компании ASML, рассказывает: «Одним из главных вопросов – какие производственные ресурсы потребуются для выпуска так называемого промежуточного модуля – одного из основных компонентов новой системы? Разумеется, нам был нужен наиболее экономичный способ. Поэтому мы применили решение Plant Simulation с целью анализа трех альтернативных вариантов по критериям места, занимаемого в ‘чистой комнате’, колебаний производительности и требуемых капиталовложений в рабочую силу и оборудование. Рассматривались следующие три варианта: 1) дублирование существующей производственной линии; 2) аутсорсинг части производственных процессов; 3) внедрение нового принципа построения производственной линии, когда этап сборки выполняется на трех отдельных участках. Численное моделирование показало, что первый вариант потребует наибольших капиталовложений в оборудование. Поэтому он был отвергнут. Оставшиеся два варианта давали практически одинаковые результаты. В итоге мы выбрали вариант с минимальным риском для компании. Результатом работы Plant Simulation стала оптимизированная схема производственной линии, которая обеспечивала требуемую производительность при небольших объемах инвестиций в технологическое оборудование».

Численное моделирование обеспечивает рост производительности

Один из важнейших элементов системы TWINSCAN NXT:1950i – так называемый «модуль позиционирования» (МП). Когда компания изучала возможности повышения объемов выпуска нового оборудования, встал вопрос о том, сколько при этом понадобится испытательных стендов для модулей позиционирования (ИСМП) и как можно добиться их максимально эффективного использования. Кроме того, предполагалось сравнить параллельную и последовательную установку двух одинаковых технологических позиций. Рон Клоуэрс (Ron Clauwers), инженер-технолог группы управления техническими требованиями компании ASML, отмечает: «Чтобы добиться максимальной производительности, мы сравнили четыре сценария в решении Plant Simulation. Результаты показали, что лучше все применять два ИСМП по гибкой схеме. Иными словами, каждый модуль может выполнять любую необходимую операцию в соответствии с правилами приоритетности. Перед ИСМП следует установить две технологические позиции, работающие параллельно (а не последовательно)».

Plant Simulation станет составной частью процесса принятия проектных решений

«Одно из важнейших преимуществ Plant Simulation – возможность создания библиотек объектов, обладающих определенной логикой поведения. Затем эти объекты применяются в различных моделях, – рассказывает Шрутен. – Мы тесно сотрудничали с cards PLM Solutions B.V. – партнером по внедрению решений Siemens. Они предоставили нам первоначальную библиотеку объектов, оказавшуюся крайне полезной. В частности, для нашей библиотеки объектов мы разработали объект для оптимизации с применением генетических алгоритмов. При численном моделировании технологического процесса мы задаем ряд ограничений между производственными операциями. Например, существует ограничение типа «последовательность выполнения», задающее операцию, которая обязательно должна быть выполнена перед текущей. Еще одно ограничение – «время ожидания». Оно задает время выдержки, необходимой после завершения ряда операций. Имеются также и физические ограничения. Скажем, две операции не могут выполняться одновременно на одном и том же участке и на одном и том же оборудовании.

В объекте для генетической оптимизации применен имеющийся в Plant Simulation генетический алгоритм. На выходе получается рекомендуемая последовательность операций с учетом всех ограничений. Затем операции назначаются производственному персоналу.

«Мы используем еще одну полезную функцию Plant Simulation – менеджер экспериментов. Решение позволяет выполнять численное моделирование сразу нескольких сценариев и удобно сравнивать полученные результаты».

В заключение Шонвальдт отмечает: «Поддержание мирового лидерства – трудная задача. Нужно обеспечивать инновационность и экономичность изделий. Решение Plant Simulation станет неотъемлемой частью нашего процесса принятия проектных решений. В Plant Simulation будет проводиться виртуальное моделирование различных вариантов производственных процессов до запуска реальной производственной линии».