하이브리드 모델링 기반 반도체 Fab 시뮬레이터 개발 및 검증

Development and Verification of a Hybrid Modeling-based Semiconductor Fab Simulator

본 연구에서는 반도체 제조 시스템의 생산 흐름과 장비 운영 특성을 분석하기 위해 SMT2020 데이터를 활용한 하이브리드 모델링 기반 반도체 Fab 시뮬레이터(HM-SFS)를 개발하였다. SMT2020 데이터에 포함된 lot 투입 일정, 공정 경로, 장비그룹, 처리시간, 준비시간, 예방정비 및 고장 정보를 기반으로, lot 단위 공정 흐름과 장비 자원 활용을 이산 사건 시뮬레이션 방식으로 모델링하였으며, lot과 장비를 개별 에이전트로 정의하여 대기열, 디스패칭(dispatching) 규칙 및 장비 상태 전이를 반영하였다. 재공재고(Work-In-Process), 사이클타임(cycle time), 장비가동률(equipment utilization), 병목(bottleneck) 등 주요 생산 성과지표를 산출하고, 20회 반복 시뮬레이션을 통해 결과 변동성을 평가하였다. 또한 유사한 반도체 팹 시뮬레이터인 FabSim 결과와의 비교를 통해 완료 lot수(finished lots), 평균 재공재고(average WIP), 평균 사이클타임(average cycle time)의 차이를 분석하였다. 분석결과 완료 lot수와 평균 사이클타임은 FabSim과 유사한 수준을 나타낸 반면, 평균 재공재고는 상대적으로 큰 편차를 보였으며, 이는 재공재고가 처리량 변동, 장비 상태 모델링, 대기열 형성 및 종료 조건에 민감하게 반응하는 지표이기 때문으로 분석된다.

This study presents a hybrid modeling-based semiconductor fab simulator (HM-SFS) developed using the SMT2020 data set to analyze the production flow and equipment operation characteristics of semiconductor manufacturing systems. Based on lot release schedules, process routes, tool groups, processing times, setup procedures, preventive maintenance, and breakdown information from the data set, lot-level process flow and equipment utilization were modeled using a discrete-event simulation approach, in which lots and equipment were defined as individual agents with queues, dispatching rules, and equipment state transitions. Key performance indicators—including Work-In-Process(WIP), cycle time, equipment utilization, and bottlenecks—were computed and evaluated through 20 repeated simulation runs. The results were compared with FabSim outputs in terms of finished lots, average WIP, and average cycle time. While finished lots and average cycle time showed comparable relative differences, average WIP exhibited a considerably larger deviation, attributed to its sensitivity to throughput variation, equipment state modeling, queue formation, and termination conditions.