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ボトルネックとは

THEME 09 工場と産業 · 工場運営Bottleneck
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ボトルネックとは、生産の流れの中で最も能力が低く、工場全体の出来高をそろえてしまう工程や装置のことです。 手前の装置をいくら速くしても、増えた分はその先の待ち行列へ移るだけです。

同じ装置群を何度も往復するので、滞りが積み重なる

Section titled “同じ装置群を何度も往復するので、滞りが積み重なる”

半導体の工場では、1枚のウェーハが同じ装置群を何度も往復します。前工程は、酸化膜の形成からレジスト塗布、露光、現像、エッチング、イオン注入と拡散、平坦化までを一巡し、すべてのパターンが仕上がるまで同じ並びを繰り返します1。

この往復があるため、1台の装置の前で起きた滞りは、工程を回るたびに積み重なります。工場から出てくる枚数は、一番能力の低い工程の能力にそろいます。現場では、まずボトルネックの手前に仕掛り（WIP）が積み上がって床とストッカーを占有し、次に後ろの装置が空いて装置稼働率が下がり、投入から完成までの時間が伸びて特急ロットの割り込みが増えます。

一番細いところが、工場の出来高をそろえます
仕掛りが積み上がります洗浄成膜露光エッチング工場の出来高露光の高さにそろいますこの高さが上限になります棒の高さは1時間あたりに送れる枚数を表します。装置ごとにこの高さが異なります
棒の高さが1時間あたりに送れる枚数です。3番目の工程だけが低いため、工場の出来高もその高さにそろい、手前には仕掛りがたまります。

装置ごとの能力はカタログに載る値です。キヤノンのKrFスキャナーFPA-6300ES6aは、300mmウェーハを96ショットで流し、所定のオプションを適用したときに、1時間あたり300枚以上のウェーハ露光を実現するとしています2。装置と工程が変われば、この枚数も異なります。その差が、どの装置がボトルネックになるかを分けます。

仕掛りの山とX-Factorが同じ装置を指せば、そこがボトルネック

Section titled “仕掛りの山とX-Factorが同じ装置を指せば、そこがボトルネック”

現場が使う指標は、半導体製造装置用語集3で次のように定まっています。スループットは、単位時間内に加工できるマスクやウェーハなど基板の枚数です。WIP（Work In Process）は製品ウェーハの仕掛りで、ロット数かウェーハ枚数で数えます。RPT（Raw Process Time）は、搬送と待ち時間を除いた、装置で加工するための正味の時間です。TAT（Turn Around Time）は工程の一部または全部を通すのにかかる時間で、ラインへ入れた時点から出てくる時点までを、待ちも含めて丸ごと数えます。X-FactorはTATをRPTで割った指数で、TATの代わりにサイクルタイムを使う場合もあります。

X-Factorが大きいほど、ウェーハは装置の中よりも装置の前で長く過ごしています。ボトルネックの手前は、この待ちが集まる場所です。仕掛りの山とX-Factorの上昇が同じ装置を指したとき、そこがボトルネックです。

同じ加工でも、待ちの長さでTATが伸びます
待ち時間RPT（正味の加工）ボトルネックから離れたロットTAT は短く収まりますボトルネックの手前のロット待ちが伸びた分だけ TAT が伸びますX-Factor ＝ TAT ÷ RPT正味の加工が同じ長さでも、待ちが増えると指数が大きくなります
正味の加工時間が同じでも、ボトルネックの手前で待つロットはTATが伸びます。TATをRPTで割ったX-Factorが、その待ちの大きさを1つの数字にまとめます。

手を打つのは、投入順と搬送と保全

Section titled “手を打つのは、投入順と搬送と保全”

同じ用語集には、ボトルネックへ手を打つ仕組みも並びます。RTD（Real Time Dispatcher）は、装置の前で待っている仕掛りの中から次に流す1ロットを選びます。ディスパッチャは、スケジューラが作る生産計画（ガントチャート）にロットの進み具合と装置の空き具合を重ね、装置ごとに次の1ロットを割り当てる機能です。ダイナミックスケジューリングは、FOUPの増減や故障による搬送経路の変化にもリアルタイムに追従します。QTAT（Quick TAT）は、標準の速さで流れるロットとは別に、2〜3倍の速さで流れる超特急ロットです。フローショップは工程の順番に沿って装置を配置し、材料の移動距離を装置と装置の間で最も短くします。

搬送も同じ土俵にあります。ボトルネックの装置は、次のロットが届いた瞬間に加工へ入れる状態が理想です。AMHS（自動搬送システム）がどのFOUPをどの順で届けるかによって、同じ装置でも1日の出来高が上下します。

TPMは、生産システムに潜むロスをすべてゼロへ近づける生産保全の仕組みです4。設備をきちんと保ち改善を重ねると、故障や製品の不良、作業のムダといったロスを起きる前に減らせます。この考え方に沿えば、ボトルネックの手当ては、出来高を最も左右する装置のロスから順に減らしていく作業になります。

仕掛りを厚くすると、待ちが伸びる

Section titled “仕掛りを厚くすると、待ちが伸びる”

ボトルネックへ次のロットを絶えず届けるには、その手前に仕掛りを厚く積むのが最短の手です。ただし仕掛りを厚くするほどTATが伸び、X-Factorが大きくなり、特急ロットを差し込む余地が狭まります。逆に仕掛りを薄くすればTATは縮みますが、搬送が少し遅れただけでボトルネックが空き、その空き時間はそのまま工場の出来高から引かれます。

解消すると、次に能力の低い工程がボトルネックになる

Section titled “解消すると、次に能力の低い工程がボトルネックになる”

ボトルネックを解消すると、次に能力の低い工程が新しいボトルネックになります。設備の管理と保全を続けると、故障や突発の停止といったロスを着実に減らせ、MTBFが伸びてMTTRが縮み、生産性が底上げされます5。ボトルネックの場所は改善のたびに移るため、どの装置が今の出来高をそろえているのかを、そのつど測り直す必要があります。

よくある質問（FAQ）

Section titled “よくある質問（FAQ）”
ボトルネックとは何ですか？

生産の流れの中で最も能力が低く、工場全体の出来高をそろえてしまう工程や装置のことです。手前の装置をいくら速くしても、工場から出てくる枚数はこの工程の能力にそろいます。

なぜ1台の装置で工場全体の出来高がそろってしまうのですか？

ウェーハが1本の流れで進むためです。前の装置が速くても、余った分は仕掛りとしてボトルネックの手前にたまり、後ろの装置が受け取れるのはボトルネックが送り込んだ分までです。

ボトルネックはどうやって見つけますか？

仕掛りの山と待ち時間の2つで探します。仕掛り（WIP）が積み上がり、かつTATをRPTで割ったX-Factorが大きい装置が候補になります。

X-Factorとは何ですか？

TATをRPTで割った指数で、TATの代わりにサイクルタイムを使う場合もあります。1に近いほどウェーハは装置の中で時間を使い、大きくなるほど装置の前で待っている時間が長くなります。

仕掛りを厚くすれば出来高は増えますか？

ボトルネックへ次のロットを絶えず届ける範囲までは増えます。それを超えて積むと、待ち行列が伸びてTATとX-Factorが大きくなり、特急ロットを差し込む余地が狭まります。厚さの取り方が運営の要点です。

ボトルネックを解消したあとはどうなりますか？

次に能力の低い工程が新しいボトルネックになります。改善のたびに場所が移るため、どの装置が今の出来高をそろえているのかを、そのつど測り直す必要があります。

搬送はボトルネックと関係がありますか？

あります。ボトルネックの装置は、次のロットが届いた瞬間から加工へ入れる状態が理想です。AMHSがどの容器をどの順で届けるかによって、同じ装置でも1日の出来高が上下します。

比較・違いを学ぶ

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