CN1855359A - 决定机器派工顺序的方法以及使用该方法的制造系统 - Google Patents

决定机器派工顺序的方法以及使用该方法的制造系统 Download PDF

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Abstract

一种决定机器派工顺序的方法，其使用于一半导体制造系统。于该半导体制造系统中提供至少一第一机器与一第二机器，以及至少可执行于该机器的一第一半导体工艺与一第二半导体工艺。计算该第一与第二工艺的需求产出量。利用一统计方法决定出该第一与第二机器的派工优先权，其中，该统计方法为一两阶段数据回馈法，其实施流程包括下列步骤。首先在第一阶段时执行未设优先权的机器派工顺序并得出机器使用率，接着在第二阶段使用第一阶段得出的结果，其中，若该第一机器的平均使用率最低，则将其派工优先权设为一第一派工优先权，且将该第二机器的派工优先权设为一第二派工优先权。

Description

决定机器派工顺序的方法以及使用该方法的制造系统
技术领域
本发明涉及一种半导体制造流程，特别是涉及一种决定半导体制造系统中的机器的派工顺序，从而达到兼顾准时交货与最大产出的目的。
背景技术
在半导体的晶片厂(Fab)中，关于生产目标的设定，多样化生产的代工厂要求能够准时交货，而产品较为单纯的存储器厂则是要求机器使用率及产出量的最大化。若存储器厂转型为代工厂，则其生产型态为混合两者(mixmode)，一半为订单生产(make to order)，另一半为库存生产(make to stock)，亦即必须兼顾准时交货与最大产出。然而，工艺时间(cycle time)与使用率(utilization)间具有交换(trade-off)的关系，且瓶颈机器的派工会严重影响工艺时间与使用率，再加上机器间的变异、产品规格的限制、或者产出品质的考量，导致同群组的机器并非皆可生产相同的产品，也因此发生当欲生产某项产品时如何指派机器的问题。
举例来说，如图1所示，其为显示机器变异与工艺间的关系示意图。机器1～机器6表示在同一机器群组内可用于生产制造的所有机器(实做上不以此为限)，而工艺1～工艺7则表示可对产品进行生产制造的所有工艺(实做上不以此为限)。以机器1为例，其可执行工艺2、工艺3、工艺4、以及工艺6。而以工艺3为例，其可执行于机器1、机器2、以及机器7之中。由于每一机器可执行的工艺彼此不完全相同，故当要对晶片执行工艺操作(如黄光工艺)时，若没有一个良好的派工机制决定可执行该工艺的机器的优先级，可能导致工艺损失且工艺效率变差。因此，在某些工艺有生产限制的瓶颈机器下，决定产品与机器的优先派工顺序(assignment preference)显得相当重要。
因此，由于机器间的变异，同群组的机器禁止部分产品生产，加上每一工艺机器上在产能上的限制，若机器的优先指派不恰当会造成产出的损失与交期的延误。因此，本发明揭露了一种决定机器派工顺序的方法以解决上述问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在提供一种决定机器派工顺序的方法，其可仿真出更接近制造系统实际的实际派工的产出结果，以达到生产最佳化。
基于上述目的，本发明实施例揭露一种决定机器派工顺序的方法，其使用于一半导体制造系统。于该半导体制造系统中提供至少一第一机器与一第二机器，以及至少可执行于该机器的一第一半导体工艺与一第二半导体工艺。计算该第一与第二工艺的需求产出量。利用一统计方法决定出该第一与第二机器的派工优先权，其中，该统计方法为一两阶段数据回馈法，其实施流程包括下列步骤。首先在第一阶段时执行未设优先权的机器派工顺序并得出机器使用率，接着在第二阶段使用第一阶段得出的结果，其中，若该第一机器的使用率最低，则将其派工优先权设为一第一派工优先权，且将该第二机器的派工优先权设为一第二派工优先权。
附图说明
图1为显示机器变异与工艺间的关系示意图。
图2为显示派工规则以及工艺产出量与机器限制产出量的关系示意图。
图3为显示本发明实施例的利用机器负载法决定派工优先权的示意图。
图4A与4B为显示本发明实施例的产出量线性规划法决定派工优先权的示意图。
图5为显示本发明实施例的利用两阶段数据回馈法决定派工优先权的示意图。
图6为显示本发明实施例的决定机器派工顺序的方法步骤流程图。
具体实施方式
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
本发明实施例揭露了一种决定机器派工顺序的方法与系统，其在解决机器派工的问题方面，采用了一种供应炼规划工具(supply chain planning tool)(如ADEXA公司所开发的MCP(Material & Capacity Planner))，其用于预估每日每批的产出量与时间，甚至于决定半年内生产计划中的投入与产出。至于前文所述的混合生产型态则是将生产需求分为两部分，一则是订单生产，一则是库存生产，订单生产因为每一批都有生产时间的最后期限，因此当预估产出时间可能超过期限时，将享有派工上的优先权，MCP被用来仿真生产线的派工行为时也是以每批产品及时交货与否作为安排机器的先后顺序。在半导体厂，以批为生产单位，排程系统(scheduling system)为动态的离散事件排程工具(discrete event scheduling tool)，在仿真产品选择机器生产时会有盲点与限制，无法达到静态模型中的最佳化，所以要设定派工的优先规则(preference rule)来修正MCP系统仿真。当MCP模型愈接近实际派工行为，则模拟出来的结果更趋近真实状况，则透过MCP所得到的投入与产出预估将与晶片厂的实际数据更为接近与契合。
如前文所述，每一机器可执行的工艺彼此不完全相同，故当要对晶片执行工艺操作(如黄光工艺)时，若没有一个良好的派工机制决定可执行该工艺的机器的优先级，可能导致产出量损失且机器效率变差。举例来说，假设有几台生产功能相同的机器，我们称之为同一机器群组。因为产品多样化，机器间的变异，产品规格的限制，或者品质的考虑，在同一机器群组中，有些机器仅开放给特定产品的某些工艺生产。参考图2，假设目前共有三个工艺机器1、2、与3，而某批晶片需执行30道的工艺1与30道的工艺2，且机器1只可执行工艺1，机器2可执行工艺1与2，而机器3只可执行工艺2。
本发明实施例所谓的优先派工机制即是指当某一产品欲执行半导体工艺时，会针对可执行半导体工艺的所有机器决定优先执行的顺序。根据所设定的派工规则，当两批同时抵达机器前等待派工，优先级较高的产品则先占用机器生产。以图2为例，根据生产计划与订单的需要，计算出工艺1与工艺2分别需要30个产出量(以下简称move)。以黄光机器为例，一个产品工艺选择一个机器曝光一次称为一个move，30个move则需同样黄光工艺曝光30次，且机器1、机器2与机器3在产能上的限制分别为每天生产20个move。因此，根据上述条件可形成五个限制式，其中两个为对应生产需求move的限制式，即X1+X2＝30，X3+X4＝30，另外三个为对应机器产能的限制式，即X1≤20，X2+X3≤20，X4≤20，其中X1、X2、X3、以及X4分别表示机器1、机器2与机器3所欲执行的对应工艺1与工艺2的move数，如表格210所示。
在没有适当的派工机制的情况下，每一机器对于所欲执行的工艺没有派工上的优先级，因此每一机器的派工优先权皆为1，如表格220所示。根据上述五个限制式与派工优先权，由于机器1与机器2的派工优先权皆为1，且X1+X2＝30，经过计算可求得X1＝15且X2＝15，亦即表示机器1可生产15个move的工艺1，而机器2亦可生产15个move的工艺1。接下来，根据限制式X2+X3≤20可求得X3＝5(亦即表示机器2可生产5个move的工艺2)，再根据限制式X3+X4＝30与X4≤20可求得X4＝20(亦即表示机器3可生产20个move的工艺2)。根据上述计算结果(如表格230所示)。
若有适当的派工规则，可根据相关的生产条件来决定每一机器的派工优先权(例如以机器的负载轻重来依序安排生产)，因此可得出如表格240所示的结果，即执行工艺1时，机器1的派工优先权为1，而机器2的派工优先权为2，以及执行工艺2时，机器3的派工优先权为1，而机器2的派工优先权为2。接着根据上述五个限制式与派工优先权，可计算得出如表格250所示的结果，即机器1可生产20个move的工艺1，机器2可生产10个move的工艺2与10个move的工艺2，以及机器3可生产20个move的工艺2。比较表格230与表格250，可以看出相同的机器与产品工艺会因为是否设定派工优先权而产生总move数量的差异。由表格230可看出工艺2没有达到需求move的设定目标(30个move)，即损失了5个move。在瓶颈机器的派工上，若损失5个move可能会造成延期交货。
因此，本发明实施例即在叙述如何在满足生产需求及产能的限制下，利用相关统计方法设定每一机器的派工优先权，以达到最佳的产出。
本发明实施例藉由三种统计方法(机器负载法、产出量线性规划法、以及两阶段数据回馈法)，并且透过前述的MCP规划工具来模型化晶片厂内的瓶颈机器的派工操作。本发明实施例以上述MCP规划工具为例，但在实做上不以此为限。
本发明实施例利用三种统计方法决定机器的派工优先权，并且据以仿真瓶颈机器的派工操作。首先，根据需求计算出个别产品工艺所需要的需求产出量(demand move)，接着根据不同的统计方法决定出每一机器的派工优先权。以下即分别叙述三种统计方法决定派工优先权的计算流程，其中若优先权值愈小，则机器被选择的优先级越高。
首先说明利用机器负载法决定派工优先权的计算流程。机器负载法以将在前一工艺周期时的机器负载的轻重当成派工优先权设定的优先级，负载最轻的机器，其优先权值设定为1，负载第二轻的机器，其优先权值设定为2，其余以此类推。举例来说，参考图3的表格，机器4的负载为75％为所有机器中负载最轻的，故将其优先权值设定为1。机器1的负载为78％，为所有机器中负载第二轻的，故将其优先权值设定为2。以此方式可决定出机器1～机器6的派工优先权，然后，当欲执行某工艺时，即由优先权值最小的机器(在本实施例中为机器4)开始执行，待其将限制产能耗尽后再由优先权值第二小的机器(在本实施例中为机器1)开始执行，直到达到该工艺的需求产出量为止。
接着说明利用产出量线性规划法决定派工优先权的计算流程。参考图4A的表格，其显示工艺1～工艺6的需求产出量和机器1～机器6的限制产出量，表格的字段中的X变量分别表示每一机器可执行的对应工艺的move数量。接下来，以线性规划方法列出如前文所述的限制式，如下所示：
X12+X13+X14＝120；
X22+X23+X24＝122；
X32+X33+X34＝125；
X41+X42+X43＝120；
X51+X52+X53+X54＝125；
X61+X62+X63+X64＝120；
X41+X51+X61≤120；
X12+X22+X32+X42+X52+X62≤120；
X13+X23+X33+X43+X53+X63≤130；
X14+X24+X34+X54+X64≤150；
其中上述需求产出量与限制产出量皆为范例值，并无法反应真实状况，在实做上应以实际状况为准。经由计算后可求出每一机器所需执行的对应工艺的move数量及其总数(如图4B所示)，接着将每一机器的move总数做比较，其中move总数最多且在一设定范围内的机器，其派工优先权设为1，move总数第二多且在一设定范围内的机器，其派工优先权设为2，而move总数最少且在一设定范围内的机器，其派工优先权设为3。在本实施例中将派工优先权的等级设为三级，且每一级的move总数范围分别为111～120、101～110、以及91～100，然而在实做上不以此为限，优先权等级与move总数范围可根据实际需求而加以改变。
接着说明利用两阶段数据回馈法决定派工优先权的计算流程。在本实施例中，优先权等级只分2个等级。将使用率最低的前20％的机器，其派工优先权设成1，其余机器的派工优先权则设为2，如图5所示。
接下来，基于上述三种统计方法，要判定哪一种派工规则为最佳。实验方法是根据不同的派工规则，每天执行MCP以取得在一既定周期时间(如一季)内的数据，然后根据该数据比较利用每一种派工规则所得的准时递交数(on time delivery)(未显示)、瓶颈机器使用率(bottleneck utilization)(未显示)、每月晶片输出量(output)(未显示)、以及每月晶片产出量(move)(未显示)等绩效指标，并且可得知第三种派工规则(两阶段数据回馈法)为最佳的派工规则。
根据经验法则，三种不同的派工规则分别有其最佳的应用时机，并非在所有情况下使用两阶段数据回馈法皆可得到最佳的产出结果，而应视状况所需来决定。
图6为显示本发明实施例的决定机器派工顺序的方法步骤流程图。
首先，根据需求计算出个别产品工艺所需要的需求产出量(步骤S1)，然后利用不同的统计方法决定出每一机器的派工优先权(步骤S2)，上述统方法包括机器负载法、产出量线性规划法、以及两阶段数据回馈法。
以机器负载法来说，计算每一机器在前一工艺周期时间内的负载大小(步骤S31)，然后根据计算结果分别设定每一机器的派工优先权(步骤S32)，其中负载最小的机器，其优先权值设定为1，负载次小的机器，其优先权值设定为2，其余以此类推。
以产出量线性规划法来说，根据每一机器的限制产出量与每一工艺的需求产出量，计算每一机器所需执行的对应工艺的move数量及其总数(步骤S41)，接着比较每一机器的move总数(步骤S42)，然后根据比较结果设定每一机器的派工优先权(步骤S43)，其中move总数最多且在一设定范围内的机器，其派工优先权设为1，move总数次多且在一设定范围内的机器，其派工优先权设为2，其余以此类推。
以两阶段数据回馈法来说，在第一阶段时执行未设优先权的机器派工顺序并得出机器使用率(步骤S51)，接着在第二阶段使用第一阶段得出的结果，根据计算结果设定每一机器的派工优先权(步骤S52)，其中将平均使用率最低的前20％的机器的派工优先权设为1，其余机器的派工优先权则设为2。
利用本发明实施例所述的决定机器派工顺序的方法，可仿真出更接近制造系统实际的实际派工的产出结果，以达到生产最佳化。
虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。

Claims (15)

1.一种决定机器派工顺序的方法，其使用于一半导体制造系统，包括下列步骤：
于该半导体制造系统中提供至少一第一机器与一第二机器，以及至少可执行于该机器的一第一半导体工艺与一第二半导体工艺；
计算该第一与第二工艺的需求产出量；以及
利用一统计方法决定出该第一与第二机器的派工优先权；
其中，该统计方法为一两阶段数据回馈法，其实施流程包括下列步骤：
在第一阶段执行未设优先权的机器派工顺序并得出机器使用率；以及
在第二阶段使该第一阶段得出的结果设定该第一与第二机器的派工优先权，其中，若该第一机器的平均使用率最低，则将其派工优先权设为一第一派工优先权，且将该第二机器的派工优先权设为一第二派工优先权。
2.如权利要求1所述的决定机器派工顺序的方法，其中，若该半导体制造系统具有多个机器，则将该平均使用率最低的前20％的机器的派工优先权设为该第一派工优先权。
3.如权利要求2所述的决定机器派工顺序的方法，其中，将该平均使用率最低的后80％的机器的派工优先权设为该第二派工优先权。
4.如权利要求1所述的决定机器派工顺序的方法，其中，该统计方法为一产出量线性规划法，其实施流程包括下列步骤：
计算对应该第一与第二工艺的该第一与第二机器所需执行的多个产出量；
分别将该第一与第二机器的该些产出量相加，可得一第一产出总量与一第二产出总量；
比较该第一与第二产出总量；以及
根据比较结果设定该第一与第二机器的派工优先权，其中，当该第一产出总量大于该第二产出总量且该第一产出总量在一设定范围内，则将该第一机器的派工优先权设为该第一派工优先权，并且当该第二产出总量在一设定范围内，则将该第一机器的派工优先权设为该第二派工优先权。
5.如权利要求1所述的决定机器派工顺序的方法，其中，该统计方法为一机器负载法，其实施流程包括下列步骤：
计算该第一与第二机器在前一工艺周期时间内的负载大小；以及
根据计算结果分别设定该第一与第二机器的派工优先权，其中，当该第一机器具有最小负载，则将其派工优先权设为该第一派工优先权，并且将该第二机器的派工优先权设为该第二派工优先权。
6.一种制造系统，其用以执行使用一决定机器派工顺序方法的一制造流程且包括多个机器以及多个可执行于该机器的半导体工艺，该决定机器派工顺序的方法包括下列步骤：
于该半导体制造系统中提供至少一第一机器与一第二机器，以及至少可执行于该机器的一第一半导体工艺与一第二半导体工艺；
计算该第一与第二工艺的需求产出量；以及
利用一统计方法决定出该第一与第二机器的派工优先权；
其中，该统计方法为一两阶段数据回馈法，其实施流程包括下列步骤：
在第一阶段执行未设优先权的机器派工顺序并得出机器使用率；以及
在第二阶段使用该第一阶段得出的结果设定该第一与第二机器的派工优先权，其中，若该第一机器的平均使用率最低，则将其派工优先权设为一第一派工优先权，且将该第二机器的派工优先权设为一第二派工优先权。
7.如权利要求6所述的制造系统，其中，若该半导体制造系统具有多个机器，则将该平均使用率最低的前20％的机器的派工优先权设为该第一派工优先权。
8.如权利要求7所述的制造系统，其中，将该平均使用率最低的后80％的机器的派工优先权设为该第二派工优先权。
9.如权利要求6所述的制造系统，其中，该统计方法为一产出量线性规划法，其实施流程包括下列步骤：
计算对应该第一与第二工艺的该第一与第二机器所需执行的多个产出量；
分别将该第一与第二机器的该些产出量加总，可得一第一产出总量与一第二产出总量；
比较该第一与第二产出总量；以及
根据比较结果设定该第一与第二机器的派工优先权，其中，当该第一产出总量大于该第二产出总量且该第一产出总量在一设定范围内，则将该第一机器的派工优先权设为该第一派工优先权，并且当该第二产出总量在一设定范围内，则将该第一机器的派工优先权设为该第二派工优先权。
10.如权利要求6所述的制造系统，其中，该统计方法为一机器负载法，其实施流程包括下列步骤：
计算该第一与第二机器在前一工艺周期时间内的负载大小；以及
根据计算结果分别设定该第一与第二机器的派工优先权，其中，当该第一机器具有最小负载，则将其派工优先权设为该第一派工优先权，并且将该第二机器的派工优先权设为该第二派工优先权。
11.一种储存媒体，用以储存一计算机程序，该计算机程序包括多个程序代码，其用以加载至一计算机系统中并且使得该计算机系统执行一决定机器派工顺序的方法，该方法包括下列步骤：
于该半导体制造系统中提供至少一第一机器与一第二机器，以及至少可执行于该机器的一第一半导体工艺与一第二半导体工艺；
计算该第一与第二工艺的需求产出量；以及
利用一统计方法决定出该第一与第二机器的派工优先权；
其中，该统计方法为一两阶段数据回馈法，其实施流程包括下列步骤：
在第一阶段执行未设优先权的机器派工顺序并得出机器使用率；
在第二阶段使用该第一阶段得出的结果设定该第一与第二机器的派工优先权，其中，若该第一机器的平均使用率最低，则将其派工优先权设为一第一派工优先权，且将该第二机器的派工优先权设为一第二派工优先权。
12.如权利要求11所述的储存媒体，其中，若该半导体制造系统具有多个机器，则将该平均使用率最低的前20％的机器的派工优先权设为该第一派工优先权。
13.如权利要求12所述的储存媒体，其中，将该平均使用率最低的后80％的机器的派工优先权设为该第二派工优先权。
14.如权利要求11所述的储存媒体，其中，该统计方法为一产出量线性规划法，其实施流程包括下列步骤：
计算对应该第一与第二工艺的该第一与第二机器所需执行的多个产出量；
分别将该第一与第二机器的该些产出量加总，可得一第一产出总量与一第二产出总量；
比较该第一与第二产出总量；以及
根据比较结果设定该第一与第二机器的派工优先权，其中，当该第一产出总量大于该第二产出总量且该第一产出总量在一设定范围内，则将该第一机器的派工优先权设为该第一派工优先权，并且当该第二产出总量在一设定范围内，则将该第一机器的派工优先权设为该第二派工优先权。
15.如权利要求11所述的储存媒体，其中，该统计方法为一机器负载法，其实施流程包括下列步骤：
在第一阶段执行未设优先权的机器派工顺序并得出机器使用率；
在第二阶段使用该第一阶段得出的结果设定该第一与第二机器的派工优先权，其中，当该第一机器具有最小负载，则将其派工优先权设为该第一派工优先权，并且将该第二机器的派工优先权设为该第二派工优先权。
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