VI
Summary
An introduction is given of the company ASML, the history of ASML and the products developed by ASML. One of the product families is the current volume-product: the NXT lithography system. This machine is composed out of multiple main modules. One of these main modules is the waferstage. On this waferstage the wafers are moved in the correct position in order to expose them. The waferstage consists of a base module and two positioning modules (PM‟s). These PM‟s are expensive, machine-performance critical and factory-throughput critical parts but also very sensitive to disturbances. Due to the combination of a high disturbance-sensitivity and ASML‟s strategy for a short time-to-market, the factory faces a high fallout of PM‟s of about 32%. This fall-out is noticed as a yield-loss and inevitably results in a repair flow of PM‟s.
The production and reparation of PM‟s are situated in the PM workcenter. The requirements regarding this production system are to be able to fulfill a moverate (output) of 11 PM‟s per week with a delivery performance of 95%. This must be executed against the lowest variable costs possible. At this moment, the moverate of 11 PM‟s per week is met, but with an 82% delivery performance. So, the delivery performance requirement is not met. This low delivery performance is partly caused by the 32% yield-loss.
A yield-loss of 32% is undesirably high. ASML aims to reduce the yield loss to 12%. But the economic value of this yield improvement is unclear. Costs of an improvement project are easy to determine, but a sound trade-off can only be made if the economic value of yield improvements are quantified. The PM production/reparation system has been analyzed in a qualitative and quantitative manner regarding the production structure, the process control and the production resources. From this analysis it became clear that a combination of root causes results in the 82% delivery performance. A buffer of 10 PM‟s on average is used. This buffer exists of four different types of PM‟s. On the moment a repair PM is rejected, a demand arises immediately. To fulfill the demand created by the rejected PM a PM from the buffer is consumed. This creates the situation of a lower buffer for the time being the rejected PM is repaired. The buffer has to cover variability between demand and supply with a temporary lower buffer size. Besides of that, the correct composition of the buffer is hard to maintain when control this buffer based on a number of PM‟s. Also, when an above average number of PM‟s are rejected during multiple weeks, capacity problems occur, with the result that a large part of the PM‟s are consumed from the buffer. Thus, the combination of a long repair PM throughput time, a wrong composition of the buffer, a too small buffer size and capacity shortage results in lower than required delivery performance.
Beside of the problems of the low delivery performance, also problems at the reject trajectory occur. There is no strict procedure to reject a PM from testrig or test and return it back to the PM workcenter
VII
to repair it. The process is unstandardized and fulfilled in different ways. There is often a lack of specific data of the repaired PM. This leads to confusion and unnecessary communication between the stakeholders and PM‟s waiting to become repaired. By performing a study to the required processes, additional process control and the required information for every repair PM, a real-time dashboard has been designed. This dashboard indicates the status of every repair PM and the information which still needs to be gathered.
By using a time-buffer instead of a piecewise buffer the buffer size and composition of the buffer will be better controllable. Separation of production of regular PM‟s and reparation of rejected PM‟s might lead to a reduced lead-time of rejected PM‟s. By applying configurations of an increased number of workstations and operators, research can be done in order to determine the optimal capacity. Multiple scenarios are defined by means of the parameters described above. The results of these scenarios are created by means of simulation. In order to be able to simulate, a simulation model is developed, verified, validated and executed. The results of the simulations are statistically analyzed by means of a confidence analysis.
From the results it became clear that adding one extra workstation to the bottleneck process, adding two extra operators to the integration operator team and start the production of every regular PM 28 days before the planned demand date, will result in a delivery performance of 95% with the lowest variable costs possible. But after studying the data from the confidence analysis it has to be concluded that there‟s not a statistically significant difference between this configuration and other configurations.
Recommendations can be done in terms of rules-of-thumb. Two rules-of-thumb are designed. The occupancy rate of operators has to be in the range of 78±5%. This results in the optimal delivery performance-costs curve. To reach a delivery performance of 95% within this curve, the correct start moment needs to be determined. This can be determined by using the second rule-of-thumb. The start moment consists of a constant of 17 days and a variable part which linearly increases with the yield-loss. Subsequently the startmoment needs to be scaled to the total workcontent per PM.
Besides of the development of these rule-of-thumbs it is also determined which economic gains will be made if the yield-loss is reduced from 32% to 12%. When one assumes a production of regular PM‟s between 4 PM‟s per week (f.e. due to an economic downturn) and 7.4 PM‟s per week (current situation) then a yearly cost reduction between 941k euro and 1741k euro will be realized.
VIII
Summary (Dutch)
Er is een introductie gegeven van het bedrijf ASML, de geschiedenis van ASML en de producten die door ASML in de loop der tijd zijn ontwikkeld. Eén van de productfamilies is het huidige volume-product: de NXT lithografie-machine. Deze machine is opgebouwd uit meerdere modules. Éen van de modules is de waferstage. Op deze module worden de wafers gepositioneerd voor belichting. De waferstage is opgebouwd uit een base module en twee positioning modules (PM‟s). De PM‟s zijn kritische onderdelen met betrekking tot de machine-prestaties en de fabrieksdoorlooptijd. Daarnaast zijn de PM‟s uiterst gevoelig voor verstoringen.Door deze hoge storingsgevoeligheid en de strategie van ASML om producten zo snel mogelijk in de markt te zetten, vindt er een hoge uitval van PM‟s plaats (32% van de uitvoer). Deze uitval resulteert in een reparatiestroom van PM‟s.
De productie en reparatie van PM‟s vinden plaats in het PM workcenter. Het workcenter heeft de eis om een totale uitvoer van 11 PM‟s per week mogelijk te maken tegen een leverbetrouwbaarheid van 95%. Daarbij dienen de variabele kosten per PM zo laag mogelijk gehouden te worden. Op dit moment wordt er wel een uitvoer van 11 PM‟s per week behaald maar de leverbetrouwbaarheid blijft steken op 82%. Dit wordt mede veroorzaakt door het hoge yield verlies van 32%.
Een yield verlies van 32% wordt door ASML gezien als onacceptabel hoog. Het is echter onduidelijk welk economisch voordeel het heeft om dit verlies terug te dringen. De kosten van een verbeterproject zijn vrij eenvoudig te bepalen, maar om een juiste afweging te kunnen maken zullen ook de kostenbesparingen van yield-verlies reducties moeten zijn gekwantificeerd.
Het productiesysteem van de PM‟s is kwalitatief en kwantitatief geanalyseerd met betrekking tot de productiestructuur, de procesbeheersing en de productiemiddelen. Uit de analyse wordt duidelijk dat er een combinatie van oorzaken aan te wijzen is voor de te lage leverbetrouwbaarheid. Op dit moment wordt er een stuksbuffer gehanteerd van gemiddeld 10 PM‟s. Deze buffer bestaat uit vier verschillende types PM‟s. Op het moment dat er een reparatiemodule geretourneerd wordt, ontstaat er per direct een vraag. Deze vraag wordt ingevuld door een PM uit de buffer. Zo lang de te repareren PM in het productiesysteem onderweg is, moeten de variaties in het systeem met een kleinere buffergrootte opgevangen worden. Daarnaast wordt het behouden van de juiste samenstelling bemoeilijkt door een stuksbuffer te hanteren. Als er gedurende meerdere weken een bovengemiddeld aantal PM‟s teruggevoerd wordt naar het workcenter, ontstaan er capaciteitsproblemen, met als gevolg dat de buffer leeggeconsumeerd wordt. De te lage leverbetrouwbaarheid wordt dus veroorzaakt door een combinatie van een te lange doorlooptijd van de reparatiemodules, een verkeerde samenstelling van de buffer, een te kleine buffergrootte en capaciteitstekort.
De doorlooptijd van de reparatiemodules wordt niet alleen veroorzaakt door het reparatieproces, maar ook door het traject van het moment tot afwijzing op de machine totdat de daadwerkelijke reparatie
IX
plaats vindt. Er zijn geen duidelijke afspraken en het is onduidelijk welke informatie benodigd is voor de reparatie van een PM. Door het opzetten van een kwalitatief proces is vastgelegd welke processtappen in welke volgorde door welke betrokken afdelingen uitgevoerd moeten worden. Ook is onderzocht welke informatie benodigd is op welk tijdstip. Dit heeft geleidt tot een real-time dashboard, welke per reparatie-PM aangeeft wat de status is en welke informatie nog verstrekt moet worden.
Door een tijdsbuffer per reguliere PM in te bouwen en geen stuksbuffer aan te houden kan de buffergrootte en samenstelling beter worden beheerst. Door de productie- en reparatiestroom te scheiden kan er een reductie van de doorlooptijd van reparatiemodules gerealiseerd worden. Door configuraties met toenemende werkstations en operators toe te passen kan onderzocht worden wat de capaciteit is. Er zijn meerdere scenario‟s gemaakt aan de hand van bovengenoemde parameters. Resultaten van deze scenario‟s zijn gecreëerd met behulp van simulatie. Hiervoor is een simulatiemodel ontwikkeld, geverifieerd, gevalideerd en uitgevoerd. De resultaten van de simulaties zijn vervolgens statistisch beoordeeld aan de hand van een betrouwbaarheidsanalyse.
Uit de resultaten bleek dat het scenario waarbij er één werkstation aan de bottleneck wordt toegevoegd, er twee extra operators aan het integratie operator-team deelnemen en er bij elke reguliere PM 28 dagen voor het geplande vraagmoment gestart wordt met productie, de leverbetrouwbaarheid van 95% gehaald wordt tegen de laagst mogelijke variabele kosten per PM. Echter, na bestudering van de gegevens uit de betrouwbaarheidsanalyse blijkt dat er geen statistisch significant verschil aangetoond kan worden tussen deze configuratie en andere configuraties.
Een aanbeveling kan wel gedaan worden in termen van vuistregels. Er zijn twee vuistregels ontworpen, met betrekking tot de bezettingsgraad van de operators en met betrekking tot het startmoment. De optimale bezettingsgraad van de operators blijkt zich te vormen rond 78±5%. Hiermee wordt de optimale leverbetrouwbaarheid-kosten curve bereikt. Om vervolgens binnen deze curve een leverbetrouwbaarheid van 95% te behalen, dient het startmoment bepaald te worden. Hiervoor is een tweede vuistregel opgesteld. Het startmoment bestaat uit een constant deel van 17 dagen en een variabel deel wat lineair oploopt met het yield-verlies. Vervolgens dient het startmoment geschaald te worden naar de werkinhoud.
Naast de bepaling van deze vuistregels is ook bepaald wat de economische voordelen zijn van een yield-verlies reductie van 32% naar 12%. Als men uitgaat van een productie van reguliere PM‟s tussen 4 PM‟s per week (bijv. door een economische terugval) en 7.4 PM‟s per week (huidig) dan worden er jaarlijks tussen de 941k euro en 1741k euro aan kosten bespaard.
