다양한 물류 흐름을 고려한 효율적인 Fab 공정 배치 결정 및 평가 방법

Abstract

반도체 생산시설 (Fabrication,Fab)은 생성, 성장, 성숙, 소멸(전환)등 의 생애 주기 (Life Cycle)를 거치며, 각 단계마다 배치(Layout) 대안을 평가 하거나, 설계 결정하는 과정을 필요로 한다. 이를 생산설비 배치 문제(Facility Layout Problem,FLP)라고 하는데, 기업의 전략적인 의사결정 사항이며, 반도체 생산 효율에 직접적인 영향을 끼친다. 그런데 산업계의 Fab배치 기획 과정에는 아직 많은 개선 요소가 존재하고 있다. 예를 들면, 배치 대안의 검증 과정에 많은 정보와 시간이 소요되어 신속한 결정이 어렵거나, 배치 대안의 검증을 설계자의 주관적 경험에 지나치게 의존하거나, 또는 생산 운영 개시 후에 발생하는 예상치 못한 물류 집중 및 정체 현상으로 인한 생산 효율 저하 등이 사례가 될 수 있다. 이로 인해 산업계 현장에서는 많은 시행착오를 겪어 왔으며, 현재도 개선을 위한 다양한 노력을 기울이고 있다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 문제점을 극복하기 위해서 다음의 2가지 방법론을 제안 하였다. 첫째로, 다양한 물류 흐름을 고려한 유전자 알고리즘 기반의 Fab 공정 배치 결정 방법이다. 일반적으로 공정 배치는 전체 물류 이동거리가 최소화 되도록 결정하는데, 이러한 기존의 관점은 OHT (Overhead Hoist Transport) 와 트랙의 구성 특성에 기인하는 물류 혼잡 발생의 위험성은 고려하지 못한다. 따라서, 본 연구에서는 스파인 구조 형태의 Fab에서 OHT에 의해 발생하는 물류 전체 흐름을 순방향 (Forward), 역방향 (Reverse) 및 횡단 방향 (Cross)의 세 가지 흐름으로 세분화하고, 중앙 통로의 물류 혼잡을 가중 시키는 요소인 역방향과 횡단 방향의 물류 흐름을 최소화 하는 공정 배치 방법을 제안하였다. 또한 효율적인 배치 결정을 위해 유전자 알고리즘 기반의 배치 모델을 설계하였고, 수치 실험을 통해 제안된 방법의 유효성을 검증하였다. 둘째로, AHP (Analytic Hierarchy Process) 방법론을 적용한 Fab 배치 대안들의 비교 평가 방법이다. FLP 관련 기존 연구로부터 생산과 물류에 관련된 주요 인자를 도출하고, 그 중요도를 결정하였다. 또한, 평가의 일관성을 유지하며, 체계적으로 대안을 비교할 수 있는 평가 모델과 이를 이용한 평가 사례를 제시하였다. 본 연구에서 제안된 방법론은 다음과 같이 산업계 현업과 연계하여 적용 할 수 있다. 첫째로, Fab에서 물류 흐름의 집중 가능성을 예측하여, 물류 분산을 위한 다양한 대안을 제시할 수 있다. 예를 들면, OHT 흐름의 분산을 위한 트랙(레일)의 추가 구성, 설비 할당 방법(Recipe)변경, 스케줄링/디스패칭 규칙 개선 방법 등을 제안 하여, Fab의 생산 운영 효율을 높이는데 기여할 수 있다. 둘째로, 생산과 물류시스템 배치 기술의 상호 영향 및 제약을 통합적으로 고려하여 배치 대안을 평가 할 수 있다. 이를 통해 Fab 기획 리드 타임을 효율화하여, 신속한 생산 환경 구축에 기여할 수 있다. 셋째로, 생산 운영 중 발생 하는 물류 병목 현상을 해결하기 위해서 겪는 시행 착오(설비, 물류 시스템의 재배치 등)를 최소화하여 생산 효율의 저하를 최소화 하는데 기여할 수 있다.