JP2010182034A - 生産管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】電子デバイスの製造に関して、滞留ロットの集中を抑制して、リードタイム短縮や設備稼働ロスの抑制による生産性向上を可能にする。
【解決手段】電子デバイスの製造工程を管理する生産管理システムにおいて、ロット毎に進行計画の補正係数αを算出する進行計画補正係数演算部と、補正係数αに基づいて各ロットの進行計画を補正する進行計画立案部とを備える。この補正係数αは、ある時刻Ｔにおける生産ラインに存在する各ロットの製造工程の工程ｋへの到着予定時刻Ｔ（ｋ）と、製造工程を構成する設備ｘの稼動情報と、設備停止完了時刻Ｔｃ（ｘ）とに基づいて算出される。
【選択図】図１

Description

本発明は電子デバイスの製造工程を管理する生産管理システムに関する。

半導体装置などの電子デバイスを製造する生産ラインでは、一般に同じ設備や工程を繰り返し用いて数〜数百程度の工程を処理することで製品を生産する。半導体装置製造ラインの工程数は他業種と比較して非常に多く、近年の製造プロセスの微細化の進展に伴いさらに増加する傾向にある。そのため製品の製造開始から製品完成までの所要時間（以降これをリードタイムとする）は数〜数十日と非常に長く、今後さらに長くなることが予測される。一方でリードタイムの長期化には、工程内在庫の増加によるキャッシュフロー性の悪化や保有在庫の陳腐化による製造コストの増大、市場動向予測の長期化による生産計画立案の高リスク化などの課題がある。

この課題を解決するために、下記の特許文献１の技術では、現時点から完成予定日までの残り期日に対する進行計画と進行実績との差異の比率をロット毎に算出する。そして、その比率に基づいてロットの処理優先順番を決定することで、各製品ロット間のリードタイムのばらつきを抑制して、リードタイムの短縮を実現するようになっている。
特開２０００−２３７９３８号公報

電子デバイスを製造する製造ラインでは、製造装置の価格が非常に高価であることから、設備の余剰能力はコスト低減の目的でできる限り持たないようにすることが一般的である。そのため何らかの理由で設備に稼動ロスが発生すると、その分製造ラインの処理能力が低下するか、あるいは製品のリードタイムが大幅に長期化する。設備の稼動ロスは、設備故障などの計画外設備停止によるロス、熱処理設備の温度条件変更などの処理条件変更によるロス、製造工程内での在庫分布ばらつきに起因する加工設備の仕掛り在庫不足による処理機会損失によるロスなどがある。このうち設備の処理機会損失によるリードタイムの長期化を防止するために、理想的には製造工程の特定工程に滞留ロットが集中しないことが望ましい。

上記特許文献１の生産管理手法では、ロットの進行計画と進行実績との差異に基づいてロットの処理優先順番を決定する。このため、製造工程中の現在の工程より後に処理が実施される工程（以降これを下流工程とする）の処理に必要な設備が稼動停止している場合、この稼動情報を考慮せずにロットの処理優先順番を決定することになる。従って、ロット進行を急がせる目的で優先処理を実施したロットが、下流の工程で滞留する可能性がある。本来このように製造工程下流で滞留することが予測できるロットは、優先処理させてもリードタイム短縮の効果は得られない。むしろ反対に、優先処理を実施することにより他ロットの処理が遅れ他設備において、仕掛り在庫不足による処理機会損失による稼動ロスが発生するという課題がある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、電子デバイスの製造に関して、滞留ロットの集中を抑制して、リードタイムの短縮や設備稼働ロスの抑制を行い、生産性向上を可能にする生産管理システムを提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を採用している。

本発明は、電子デバイスの製造工程を管理する生産管理システムを前提としている。まず、このような生産管理システムにおいて、ある時刻に生産ラインに存在する各ロットの、特定の工程への到着予定時刻と、特定の設備の稼動情報と、該設備の設備停止完了時刻とに基づいて、ロット毎に進行計画の補正係数αを算出する進行計画補正係数演算部を設ける。そして、この補正係数αに基づいて各ロットの進行計画を補正する進行計画補正部を設ける。これにより、各ロットの滞留を勘案した製造工程全体の進行計画を立てることができる。

また、非該当設備を入力する非該当設備入力部を設け、この非該当設備入力部により入力された設備の設備停止に関しては、前記進行計画補正部が前記進行計画を補正しないようにすることもできる。これにより、例えば製造ラインのボトルネック設備を進行計画の補正の対象から外すことができるため、このボトルネック設備に対し常に仕掛りロットを準備することができる。従って、製造ラインの生産性低下を抑制することが可能になる。

あるいは、前記設備の生産能力と、この設備に要求される生産能力と、この設備の稼動情報とに基づいて、進行計画の補正対象外設備を選定する非該当設備決定部を備えることもできる。そして、前記非該当設備決定部により決定された設備の設備停止に関しては、前記進行計画補正部が前記進行計画を補正しないようにする。これにより、上記のボトルネック設備を自動的に判断・決定することができる。

さらに、非該当ロットを入力する非該当ロット入力部を備え、この非該当ロット入力部により入力されたロットに関しては、前記進行計画補正部が全設備の設備停止に基づく前記進行計画の補正を実施しないようにすることもできる。これにより、滞留ロットの発生の抑制と、市場の要求度の高い特に優先処理を必要とするロットに関するリードタイム短縮とを両立することが可能となる。

また、前記進行計画補正部が立案した前記進行計画に基づいて、ロットの処理優先順位を決定する処理優先順位決定部と、該処理優先順位決定部の決定した処理順番に基づいて各ロットに生産処理を指示するディスパッチング部とを設けてもよい。これにより、滞留ロットを発生させないようにロットディスパッチングが作用することで、ロット滞留によるリードタイム長期化の抑制や、設備の処理機会損失削減による稼動ロスの発生の抑制が可能となる。

以上説明したように、本発明の生産管理システムによると、設備の稼動情報に基づいてロットの処理優先順番を決定することで、ロット滞留の発生を抑制することができる。また、設備の処理機会損失による稼動ロスを削減することで、製造ラインの生産性の向上やリードタイムを短縮などの優れた効果を発揮する。

本発明の生産管理システムにおける生産管理に関して、以下、図面を参照して説明する。なお、以下における処理実績収集部などの各部は、いずれもコンピュータが該当するプログラムを実行することで、所定の動作をする。

（第１の実施形態）
図１は本発明の生産管理システムの第１の実施形態の構成を示すブロック図である。この図１に示すように、本発明の生産管理システムは、工程１から工程Ｘまで含む生産ライン１７から、各設備毎の処理ロット、処理条件、在庫ロット、処理開始終了日時及び稼働状況などの生産ラインデータを常時収集する処理実績収集部１を備えている。処理実績記録部２は、この処理実績収集部１から得られた生産ラインデータを蓄積する。

標準作業時間演算部３は、処理実績記録部２に蓄積された生産ラインデータに基づいて各工程毎に標準作業時間ｔ（Ｘ）を算出する。ここで標準作業時間とは、各工程１乃至Ｘで１ロットの処理に費やされる平均的な作業時間である。進行計画立案部８は、この標準作業時間ｔ（Ｘ）に基づき、現時点から各工程の標準作業時間ｔ（Ｘ）を後述の式（１）によって累積させることで、各ロットｋの各工程Ｘへの到着時刻Ｔ（Ｘ，ｋ）を予測する。

一方、設備稼働計画保持部６は、各設備毎の稼動計画として設備停止時刻Ｔｓ（ｘ）及び設備停止完了時刻Ｔｃ（ｘ）の情報を保持している。また、設備停止時刻Ｔｓ（ｘ）とは、工程Ｘにおいて工程Ｘに紐付く設備が設備保全作業実施などの理由により処理を停止する時刻を指し、設備停止完了時刻Ｔｃ（ｘ）とは、その後工程Ｘに紐付く設備が処理を再開する時刻を指す。

本発明の生産管理システムは、また、処理実績収集部１が収集したロットの処理実績と、設備稼働計画保持部６の稼動計画とに基づき、工程毎に処理可能な全設備（以下これを設備Ｇｒとする）の総処理能力Ｆ（ｘ）を計算する設備Ｇｒ生産能力演算部５を備えている。ここで、処理実績とは単位時間あたりの処理時間と処理数によって定義され、それぞれ単位はｈｒ、ｗａｆｅｒである。また、総処理能力とは単位処理時間あたりの処理可能数によって定義され、単位はｗａｆｅｒ／ｈｒである。

そして、進行計画補正係数演算部４は、設備稼働計画保持部６の稼動計画、上記設備停止時刻Ｔｓ（ｘ）、上記設備停止完了時刻Ｔｃ（ｘ）及び上記到着時刻Ｔ（ｘ，ｋ）及び現時点の時刻Ｔから、後述の式（４）によって進行計画補正係数α（ｘ，ｋ）を演算する。

進行計画補正部９は、この進行計画補正係数α（ｘ，ｋ）に基づいて進行計画立案部８により演算される進行計画を補正する。乖離率演算部１０は、この補正された進行計画線と進行実績演算部７により作成された進行実績とから、乖離率βをロット毎に算出する。そして、処理優先順位決定部１１は、この算出された乖離率βに基づいて処理優先順位を決定する。

以下、本実施形態の生産管理システムが、現時点Ｔにおいて工程Ｒに存在するロットｋについての処理優先順位を決定する手法を、図２のフローチャートを参照しながら説明する。

まず、ロットｋが工程Ｒの下流工程の工程Ｘにて処理を開始する時刻Ｔ（Ｘ，ｋ）は以下に示す式（１）により進行計画立案部８にて演算される（図２ステップＳ２０１）。式（１）においてｔ（Ａ）は標準作業時間演算部３により演算される工程Ａの標準作業時間である。

ここで工程Ｘを処理する設備ｘが１台しか存在しておらず、かつ設備ｘが設備停止時刻Ｔｓ（ｘ）から設備停止完了時刻Ｔｃ（ｘ）の間設備が停止するとする。この場合、ロットｋが工程Ｘに到着するまでの時間Ｔ１（Ｘ，ｋ）、及び工程Ｘにて設備ｘの設備停止に伴い滞留する時間Ｔ２（Ｘ，ｋ）はそれぞれ以下に示す式（２）、式（３）により進行計画補正係数立案部４にて演算される（図２ステップＳ２０２）。

さらに進行計画補正係数立案部４は進行計画補正係数α（Ｘ，ｋ）を以下に示す式（４）により演算する（図２ステップＳ２０３）。

この進行計画補正係数α（Ｘ，ｋ）に基づき進行計画補正部９はロットｋの工程Ｒから工程Ｘの間の工程の標準作業時間ｔ（Ａ）を以下に示す式（５）により補正する。ここでｔ’（Ａ）は工程Ａの補正後の標準作業時間を示す。

この補正に基づいて、ロットｋが工程Ｒの下流工程の工程Ｘにて処理を開始する時刻Ｔ（Ｘ，ｋ）を以下に示す式（６）により演算する（図２ステップＳ２０４）。

予実乖離量演算部１０は進行計画補正部９のロット進行計画と進行実績演算部７のロット進行実績（Ｔ−Ｔ０）とに基づいて、現時点Ｔにおけるロットｋの乖離率β（ｋ）を以下に示す式（７）により演算する（図２ステップＳ２０５）。

ここでＴ（Ｒ，ｋ）は工程Ｒ処理開始予定時刻を、Ｔ０はロットｋが製造ラインに投入されて製造工程の先頭工程に存在を開始した時刻を示す。この乖離率βの算出はリアルタイムの情報に基づいて周期的に実施され、特に電子デバイスの生産ラインにおいては、１〜６０分程度の周期で実施されることが好適である。

このように算出された乖離率βは計画に対する実績の進捗度合いを示す。乖離率β＞１のロットは進行計画に対して遅延しており、β＝１のロットは計画どおりの進行をしており、β＜１のロットは進行計画に対して先行している。処理優先順位決定部１１は、予実乖離演算部１０によりロット毎に算出された乖離率βから、各工程、各設備毎に乖離率βの大きなロットから優先的に処理を実施できるように処理優先順位を決定する（図２ステップＳ２０６）。

次に工程Ｘを処理する設備ｘがｘ（１）からｘ（ｉ）までｉ台存在しており、かつそのうちの設備ｘ（ｈ）が設備停止時刻Ｔｓ（ｘ（ｈ））から設備停止完了時刻Ｔｃ（ｘ（ｈ））の間設備が停止するとする。ここでｉ＞１とする。この場合についての、現時点Ｔにおいて工程Ｒに存在するロットｋの処理優先順位決定の手法を説明する。この場合工程Ｘにて設備ｘ（ｈ）の設備停止に伴い滞留する時間Ｔ２（Ｘ，ｋ）は、以下に示す式（８）により、進行計画補正係数立案部４にて演算される。以降は上記で示した工程Ｘを処理する設備ｘが１台しか存在しない場合と同様である。

次に、本実施形態に係る生産管理手法をシミュレーションにより効果検証を実施した結果について説明する。シミュレーション条件として、月産１０００［ｗａｆｅｒ／ｍｏｎｔｈ］以上の生産規模を持ち、２以上の異なる製造工程からなり、それぞれの製造工程は２００以上の工程からなり、実績に則した設備停止設定を伴う１００機種以上の生産設備が紐付いている製造ラインを想定する。このモデルにて３６０日間シミュレーションを実施して、開始から１８０日間のデータを初期状態として集計から削除して、後半１８０日間を観測期間とした。

この条件にて、本実施形態の生産管理システム、及び上記特許文献１の生産管理システムの２つの生産管理方法にてシミュレーションを実施した。図３（ａ）に製造工程中のロット処理工程を２工程持ち、かつ工程を処理できる設備が１台のみである加工処理設備を７２時間設備停止させた場合の両管理手法での対象加工設備の滞留ロット量の経時変動を示す。

図中にて横軸は時間、縦軸は対象設備の滞留ロット数を示し、棒グラフＡは本実施形態の生産管理システムにより得られた結果であり、棒グラフＢは特許文献１記載の生産管理システムにより得られた結果である。特許文献１の生産管理方法では最大で７１ロットの滞留ロットが生じ、その滞留を処理するために約４日必要としていることがわかる。一方、本実施形態の生産管理方法では滞留ロットが４４ロットと少なく、その処理にも約２日しか必要としていないことがわかる。このことから本実施形態の生産管理システムの方が滞留ロット発生の抑制効果が高いことがわかる。

図３（ｂ）に両生産管理システムにより処理を完了したロットのリードタイムの分布を示す。図中にて横軸はリードタイム、縦軸は製品完成の発生頻度を示す。そして、棒グラフＡは本実施形態の生産管理システムにより得られた実績リードタイムであり、棒グラフＢは特許文献１記載の生産管理システムにより得られた実績リードタイムである。

特許文献１記載の生産管理システムにより得られた実績リードタイム分布は、本実施形態の生産管理システムにより得られた実績リードタイム分布よりも広い分布を有し、また平均リードタイムも約５％程度長くなる。これらのことから特許文献１記載の生産管理システムは滞留ロットを生じやすく、そのためにリードタイムを長期化しやすい生産ラインであるといえる。一方で本実施形態の生産管理システムは滞留ロットが発生し難く短リードタイムを実現できる生産ラインであることがわかる。

（第２の実施形態）
図４は本発明の生産管理システムの第２の実施形態の構成を示すブロック図である。前述の第１の実施形態に加えて、本実施形態の生産管理システムは、非該当設備入力部１２を備えている。

進行計画補正部９は非該当設備入力部１２により入力された設備に関しては、設備稼働に基づいて進行計画の補正をしないことを特徴とする。これにより、例えば製造ラインのボトルネック設備を進行計画の補正の対象から外すことができる。従って、製造ラインのボトルネック設備に対し常に仕掛りロットを準備することができるため、製造ラインの生産性低下を抑制することが可能になる。

（第３の実施形態）
図５は本発明の生産管理システムの第３の実施形態の構成を示すブロック図である。前述の第１の実施形態に加えて、本実施形態の生産管理システムは、生産計画入力部１３と非該当設備決定部１４とを備えている。非該当設備決定部１４は生産計画入力部１３の生産計画に基づく各設備Ｇｒに要求される必要生産能力Ｆ’（ｘ）と、設備Ｇｒ生産能力演算部５に基づく各設備Ｇｒの実績生産能力Ｆ（ｘ）とから、各設備Ｇｒの負荷率ｆ（ｘ）を以下に示す式（９）により演算する。

この負荷率ｆ（ｘ）の上位設備を製造ラインのボトルネック設備として非該当設備とし、進行計画補正部９はこの非該当設備の設備稼働に基づいては、進行計画を補正しないことを特徴とする。これにより製造ラインのボトルネック設備を自動的に判断・決定し、このボトルネック設備に対し常に仕掛りロットを準備することができるため、製造ラインの生産性低下を抑制することが可能になる。

（第４の実施形態）
図６は本発明の生産管理システムの第４の実施形態の構成を示すブロック図である。前述第３の実施形態に加えて、本実施形態の生産管理システムは、非該当ロット入力部１５を備えている。ここで非該当ロットとは、例えば市場の要求度が高く、生産を急がせる必要のあるロットを指す。

進行計画補正部９は非該当ロット入力部１２により入力されたロットに基づいては、進行計画を補正しないことを特徴とする。これにより非該当ロットを設備停止の有無に依らず下流工程に進めることができる。従って、滞留ロットの発生の抑制と、市場の要求度の高い特に優先処理を必要とするロットに関するリードタイムの短縮とを両立することが可能となる。

（第５の実施形態）
図７は本発明の生産管理システムの第５の実施形態の構成を示すブロック図である。前述第４の実施形態に加えて、本実施形態の生産管理システムは、ディスパッチング部１６を備えている。ディスパッチング部１６は処理優先順位決定部１１の立案した処理優先順番に基づいてロットを設備に配膳する。これにより滞留ロットを発生させないようにロットディスパッチングが作用することで、ロット滞留によるリードタイム長期化の抑制や設備の処理機会損失削減による稼動ロスの発生を抑制が可能となる。

本発明の生産管理システムによると、設備の稼動情報に基づいてロットの処理優先順番を決定することで、ロット滞留の発生を抑制することができる。また、設備の処理機会損失による稼動ロスを削減することで、製造ラインの生産性の向上やリードタイムを短縮などの優れた効果を発揮する。従って、特に電子デバイスの製造工程管理システムとして有用である。

本発明の生産管理システムの第１の実施形態の構成図。 本発明の生産管理システムの動作示すフローチャート。 本発明の生産管理システムによるシミュレーション結果。 本発明の生産管理システムの第２の実施形態の構成図。 本発明の生産管理システムの第３の実施形態の構成図。 本発明の生産管理システムの第４の実施形態の構成図。 本発明の生産管理システムの第５の実施形態の構成図。

１ 処理実績収集部
２ 処理実績記録部
３ 標準作業時間演算部
４ 進行計画補正係数立案部
５ 設備Ｇｒ生産能力演算部
６ 設備稼働計画保持部
７ 進行実績演算部
８ 進行計画立案部
９ 進行計画補正部
１０ 予実乖離量演算部
１１ 処理優先順位決定部
１２ 非該当設備入力部
１３ 生産計画入力部
１４ 非該当設備決定部
１５ 非該当ロット入力部
１６ ディスパッチング部
１７ 生産ライン

Claims (5)

1. 電子デバイスの製造工程を管理する生産管理システムにおいて、
   ある時刻に生産ラインに存在する各ロットの、特定の工程への到着予定時刻と、特定の設備の稼動情報と、該設備の設備停止完了時刻とに基づいて、ロット毎に進行計画の補正係数を算出する進行計画補正係数演算部と、
   前記補正係数に基づいて各ロットの進行計画を補正する進行計画補正部と、
   を備えたことを特徴とする、生産管理システム。
2. 非該当設備を入力する非該当設備入力部を備え、前記非該当設備入力部により入力された設備の設備停止を、前記進行計画補正部が前記進行計画の補正対象から除外する請求項１に記載の生産管理システム。
3. 前記設備の生産能力と、該設備に要求される生産能力と、該設備の稼動情報とに基づいて、進行計画の補正対象外設備を選定する非該当設備決定部を備え、前記非該当設備決定部により決定された設備の設備停止を、前記進行計画補正部が前記進行計画の補正対象から除外する、請求項１に記載の生産管理システム。
4. 非該当ロットを入力する非該当ロット入力部を備え、前記非該当ロット入力部により入力されたロットを、前記進行計画補正部が全設備の設備停止に基づく前記進行計画の補正対象から除外する、請求項１から３のいずれかに記載の生産管理システム。
5. 前記進行計画補正部が立案した前記進行計画に基づいて、ロットの処理優先順位を決定する処理優先順位決定部と、該処優先順位決定部の決定した処理順番に基づいて各ロットに生産処理を指示するディスパッチング部とを備える、請求項１から４のいずれか１つに記載の生産管理システム。

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