JP4181522B2 - 製造工程管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体装置の製造におけるディスパッチ（優先処理）等の製造工程管理方法に関するものである。

特開平１０−４１２０４号公報 特開２００１−２７３０２３号公報 特開２００２−７３１４８号公報

上記特許文献１には、生産品となる仕掛品を品種に分けて登録するメモリと、仕掛品を処理する製造装置を製造工程毎の装置グループに分けて登録するメモリと、これらの製造装置の負荷分担率を算出するＣＰＵを備えた製造工程管理システムが記載されている。

この製造工程管理システムでは、生産品の単位期間当たりの生産計画数、製造装置の単位期間当たりの稼働可能時間、仕掛品の単位数当たりの処理時間及び各製造装置の負荷分担率によって規定される製造装置の稼働率が他の製造装置の稼働率と等しいとする第１の条件と、装置グループの製造装置の負荷分担率の総和が１であるとする第２の条件に基づいて、製造装置の各々の負荷分担率を算出することによって、特定の製造装置に負荷が偏ることないように製造装置を割り当てている。これにより、既存の製造設備を最大限に使用して、複数種類の生産品を製造することができるとされている。

特許文献２には、製造装置群を工程群で共用する場合に、各製造装置の各工程に対する使用比率を、中日程生産計画の対象となる操業期間で一定となるようなスケジュールを可能とする生産管理方法が記載されている。

この生産管理方法では、各工程について、中日程生産計画における操業期間全体での累積能力に対する累積生産予定の比率を稼働率として求め、その稼働率が工程群の各工程で等しくなるように各装置の最適使用比率を計算し、算出した最適使用比率を小日程生産計画に反映させるようにしている。

特許文献３には、製品毎にロットが複数ある場合、各ロットの処理に用いる装置の負荷の程度を示す装置負荷率を装置毎に決定し、この装置負荷率に応じた負荷率優先度を決定し、この負荷率優先度をロットの処理単位を決める他の要素の優先度と統合することにより、複数のロット間の処理順位を決定する生産管理装置が記載されている。これにより、トラブルによる装置の処理能力低下が考慮されるので、ライン効率の低下を最小限に抑えることができるとされている。

しかしながら、従来の製造工程管理システム等は、製造装置の稼働状況や仕掛の状況から処理の優先順位を判断したり、納期遅れ品を優先するというような論理のものがほとんどであり、製造装置の稼働率を著しく向上させ、かつ製造期間を短縮するという効果が十分ではなかった。

本発明は、製造設備の稼働率向上と、製造期間の短縮を可能とする製造工程管理方法を目的としている。

本発明は、それぞれが単数または複数の工程の処理を行うことができる複数の製造装置を順次選択して製造処理を行う製造工程管理方法において、次のような処理を行うようにしている。まず、前記各製造装置で処理可能な工程毎に１ロットの処理に必要な処理時間を算出する第１処理と、前記製造装置毎に処理可能な工程の数である処理可能工程数、及び前記工程毎にその工程での使用が可能な製造装置の数である使用可能装置数を算出する第２処理と、前記各製造装置と前記各工程の組み合わせ毎に、前記処理時間、前記処理可能工程数及び前記使用可能装置数に基づいて優先順位を算出する第３処理を行う。

次に、一定期間内に処理することが計画されている工程別の処理予定ロット数に基づいて、最新の優先順位による優先度が一番高い製造装置に処理予定ロットを１ロットずつ割り当てる第４処理と、前記第４処理で前記処理予定ロットが割り当てられた製造装置の装置負荷を算出する第５の処理と、前記第３処理で算出された前記優先順位に、前記第５処理で算出された前記装置負荷に応じた補正を行って前記最新の優先順位を更新する第６処理と、前記第４処理によって前記処理予定ロット数のすべてが前記各製造装置に割り当てられたときに、各製造装置の工程別の処理予定ロット数を決定する第７処理を行う。

そして、前記各工程における処理が可能な状態のロットが発生したときに、前記各製造装置の対応する工程での前記処理予定ロット数に対する処理済みロット数の割合である達成度が少ない製造装置から順に選択して該ロットの処理工程の実行を指示する第８処理とを行う。

本発明では、まず、複数の製造装置とそれぞれの製造装置で可能な各工程の組み合わせ毎に、その処理時間、処理可能工程数及び使用可能装置数に基づいて優先順位を算出する。次に、一定期間内に処理することが計画されている工程別の処理予定ロット数に基づいて、優先度が一番高い製造装置に処理予定ロットを１ロットずつ割り当てながら、その都度、装置負荷に応じた補正を行って最新の優先順位を更新し、全予定ロットを各製造装置に割り当てる。更に、各工程における処理が可能な状態のロットが発生したときに、各製造装置の対応する工程での処理予定ロット数に対する処理済みロット数の割合である達成度が少ない製造装置から順に選択してそのロットの処理工程の実行を指示する。これにより、製造設備の稼働率向上と、製造期間の短縮ができるという効果がある。

最初の優先順位を、処理時間×処理可能工程数×使用可能装置数によって算出し、この数値が小さいほど優先度が高いものとして処理予定ロットの割り当てを行う。そして、１ロットの割り当てが行われる毎に、最新の優先順位を、処理時間×処理可能工程数×使用可能装置数×｛１０^{ｋ×（装置負荷−０．９）}×１０＋１｝によって計算し直して更新する。この処理を繰り返えして、一定期間内の処理予定ロットの各製造装置への割り当てを行う。

更に、実際の製造工程では、各工程における処理が可能な状態のロットが発生するたびに、達成度が少ない製造装置から順に選択してそのロットの処理の実行を指示する。

この発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、次の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。但し、図面は、もっぱら解説のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。

製造工程管理は、ＭＥＳ（Manufacturing Execution system) と呼ばれるコンピュータを、製造ライン上の製造装置、ＡＧＶ（Automatic Guided Vehicle）等の搬送装置、及び端末装置に、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信回線を介して接続し、これらの製造装置等から入力される処理状況等の情報を集中的に管理すると共に、製品処理のディスパッチ情報を製造装置等に伝達することにより、的確な製造処理を実行しようとするものである。

本発明の製造工程管理は、製造計画管理と製造実行管理で構成されている。製造計画管理は、それぞれが単数または複数の工程の処理を行うことができる複数の製造装置の処理能力に応じて、一定期間の処理計画ロット数を各製造装置に予め割り当てるものである。製造実行管理は、製造計画管理で各製造装置に割り当てられた処理計画ロット数を参照して、順次発生する仕掛品の処理要求に応じて実際に製造装置にロットの処理を割り当てるものである。

図１は、本発明の実施例を示す製造工程管理のフローチャートである。以下、このフローチャートに基づいて、参考となる表を適宜参照しながら、本実施例の製造工程管理方法を、製造計画管理（１）と、製造実行管理（２）に分けて説明する。

（１） 製造計画管理
まず、ステップＳ１において、装置・工程別処理時間の算出処理を行う。これは、製造装置毎に処理可能な工程を抽出し、その工程を行うために必要な１ロット当たりの処理時間の平均値を算出するものである。この処理は、通常はＭＥＳに集積された過去の処理実績のデータベースに基づいて行われるが、新規に導入された製造装置の場合は、実績がないので推定値を使用する。表１は、処理実績データベースの一例である。但し、以下の説明を簡素化するため、製造装置は、装置１から装置４までの４台とし、これらの製造装置で行われる処理は、工程Ａから工程Ｄまでの４工程としている。

ステップＳ２において、装置別処理可能工程数と工程別使用可能装置数の算出処理を行う。装置別処理可能工程数（処理可能工程数）は、各製造装置で処理が可能な工程の数であり、工程別使用可能装置数（使用可能装置数）は、各工程の処理のために使用することができる製造装置の数である。表２は、ステップＳ１で算出した装置・工程別処理時間と、このステップＳ２で算出した処理可能工程数及び使用可能装置数を一表にまとめたものである。この表２では、例えば、装置２で工程Ｃの処理を行う場合、１ロット当たり１．７時間必要であることが示されている。また、装置２の処理可能工程数は４（即ち、工程Ａ〜工程Ｄ）であり、工程Ｃでの使用可能装置数は２（即ち、装置２と装置４）であることが示されている。なお、この表２の枠内に斜線が引かれている箇所（例えば、装置１の工程Ｂに対応する箇所）は、その製造装置で処理ができない工程を示している。

ステップＳ３において、優先順位（初期値）の算出処理を行う。これは、処理可能な製造装置と工程の組み合わせ毎に、次の（１）式に従って、優先順位の初期値を算出するものである。
優先順位（初期値）＝処理時間×使用可能装置数×処理可能工程数 ・・（１）

この優先順位は、表２に示された値から算出することができる。例えば、装置１で工程Ａを行う場合の優先順位は、表２から、装置１で工程Ａを処理するための時間が１．６時間、工程Ａの使用可能装置数が３、及び装置１の処理可能工程数が２であることを読み取り、これらの３つの数値を掛け合わせることにより、９．６となる。

表３は、このステップＳ３で求めた優先順位の初期値を示す表である。

この（１）式で算出された優先順位は、数値が小さいほど優先度が高いことを示している。その第１の理由は、処理時間が短い製造装置を優先的に使うことにより、全体の処理時間を短縮することができることである。更に、第２の理由は、処理できる工程が少ない製造装置にその工程を優先的に割り当てることにより、後の割り当ての融通性を確保して置く必要があることである。即ち、（１）式の優先順位は、融通性の少ない製造装置から順番に割り当て、融通性の大きな汎用的な製造装置に対する割り当て可能数を残しておくことにより、全体の待ち時間を減少させ、設備の稼働率を上げることができるという理屈に基づくものである。

次に、一定期間（例えば、１日、１週間、１か月等）における工程別の処理ロット数の見積もりに従い、１ロット毎に以下のステップＳ４〜Ｓ７の処理を繰り返えすことにより、装置・工程別に処理予定ロットの割り当て処理を行う。これは、各製造装置に対して、工程別にどれだけのロットを処理させるかの計画値を割り当てるものである。ここでは、１日の工程Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄでの処理予定ロット数が、それぞれ１５，１２，８，１１であるとする。

ステップＳ４において、優先度の一番高い製造装置と工程の組み合わせを検索し、検索された製造装置の工程に、処理予定ロットの中の１ロットを割り当てる。例えば、最初の１ロットの割り当てでは、表３に示すように、装置１・工程Ｄと装置３・工程Ｄの優先順位の数値が共に３．６で最小となっている。ここでは、処理可能工程数が少ない装置３に、最初の１ロットの処理を割り当てるが、装置１に割り当てても大差はない。これにより、表４の処理ロット割り当て表に示すように、装置３・工程Ｄの割り当て数が１となる。なお、この表４の最上段には工程別の処理予定ロット数、最下段には工程別の割当て済みロット数が示されている。

ステップＳ５において、ステップＳ４で行われた処理予定ロットの割り当ての結果に基づいて、各製造装置における予約済みの処理時間と装置負荷を算出する。各製造装置における予約済み処理時間は、表２に示された装置・工程の１ロット当たりの平均処理時間に、表４に示された処理ロット割り当て数を掛け合わせることで算出される。また、各製造装置の装置負荷は、製造装置毎の各工程の予約済み処理時間の合計を、その製造装置の稼働可能時間で割ることによって算出される。なお、稼働可能時間は、その製造装置が単位期間（この場合は、１日）内で最大何時間稼働させることができるかを設定するものである。表５には、最初の１ロットを割り当てた時の、予約済み処理時間が示されている。

ステップＳ６において、予約ロットの割り当てに伴う優先順位の更新処理を行う。これは、ステップＳ５で算出された装置負荷を考慮し、次の（２）式に従って優先順位を再計算するものである。
優先順位（更新値）＝優先順位（初期値）×｛（（装置負荷）×１０）^ｋ＋１｝
・・（２）
但し、ここで、係数ｋは一定数（例えば、５）とする。

なお、係数ｋは、５に限定するものではなく、任意の数（例えば、１〜１０）に設定することができる、また、（１），（２）式は、一見すると異なるように見えるが、初期値の場合は設備負荷が０であるので、内容は同一である。即ち、前述の（１），（２）式に代えて、次の（３）式を用いても良い。要するに、装置負荷の増加に応じて優先順位の数値が適切に増加するような式を使用する必要がある。
優先順位＝処理時間×使用可能装置数×処理可能工程数
×｛（（装置負荷）×１０）^ｋ＋１｝ ・・（３）

（２）式で再計算された優先順位で表３の優先順位（初期値）を更新する。表６は、最初の１ロットの割り当て後に更新された優先順位（更新値）である。

この表６に示すように、装置３・工程Ｃの優先順位の数値が初期値に比べて増加し、優先度が低下したことを示している。ステップＳ６の処理が終わると、ステップＳ７で処理予定ロットの割り当てがすべて完了したか否かが判定される。未割り当てのロットがあれば、ステップＳ４へ戻り、ステップＳ４〜Ｓ７の処理が繰り返される。但し、この場合に、ステップＳ４で使用する優先順位は、初期値ではなくステップＳ６で更新された優先順位（即ち、表６に示す更新値）であることは、いうまでもない。また、ステップＳ５において、計算した装置負荷が１を越える場合には、優先順位の数値に拘らず、その製造装置に対するロットの割り当ては行わない。但し、全装置の負荷が１を越えた場合は、再度優先順位に従う。更に、たとえ優先度が高くても、その工程を必要とする未割り当てのロットがなければ、その装置・工程への割り当ては行わない。全ロットの割り当てが完了していれば、この製造計画管理の処理は終了する。
これにより、表７に示す最終的な処理予定ロットの割り当て表が得られる。

（２） 製造実行管理
この製造実行管理は、製造計画管理のステップＳ１〜Ｓ７における処理で割り当てられた最終的な処理予定ロットの割り当て数（表７）と、装置・工程別の処理済みロット数を用いて、個々の仕掛品のロットに対する製造装置のディスパッチを実行するものである。

ディスパッチは、ＭＥＳから各製造装置（なお、この製造装置には、製造処理を行う装置のほか、仕掛品を次の製造装置まで運ぶ搬送装置も含まれる）に対する工程の処理制御と、端末装置を介しての作業員からのデータ入力及び作業員への指示の出力等によって行われる。

例えば、表７に示す処理予定ロットの割り当てが１日分の平均ロット数の場合、その日の始業時には、装置・工程別の処理予定ロット数はすべて０となるのが理想である。但し、現実的には日々この目標を達成するのは難しいため、最終的にはある一定期間、例えば１か月でこの目標を達成すれば良い。

図２のステップＳ１１において、処理待ちの仕掛品（ロット）が有るか否かが判定され、有ればステップＳ１２へ進み、なければステップＳ１１にとどまる。

ステップＳ１２において、処理を行う製造装置の選択処理が行われる。ここで、処理待ちの仕掛品が複数ある場合には、当然、その仕掛品の緊急度（例えば、納期遅延等）の一番高いものから順に選択処理が行われる。

この選択処理では、処理待ちロットで必要とする工程を行うように予定されている製造装置毎に、その工程の処理達成度が比較される。処理達成度は、各製造装置に割り当てられた工程毎の処理予定ロット数に対する、実際に処理が行われたロット数の割合を示す値である。処理達成度の比較の結果、処理達成度の一番少ない製造装置から順番に、そのロットの処理を行う第１候補、第２候補、…として選択する。

例えば、処理済みロット数が表８のような状況のときに、工程Ａの処理が必要なロットが発生したとする。この場合、表７に示すように、工程Ａの処理を予定している装置は、装置１で４ロット、装置４で１１ロットである。また、表８に示すように、装置１では既に２ロットの工程Ａを処理し、装置４では６ロットの工程Ａを処理している。従って、装置１と装置４の工程Ａに対する処理達成度は、それぞれ、０．５と０．５４である。これにより、装置１が第１候補となり、装置４が第２候補となる。ステップＳ１２の後、ステップＳ１３へ進む。

ステップＳ１３において、候補となった製造装置（この場合は、装置１）が直ちに使用できるか否か、即ち、別のロットの処理を行っていないかどうかが判定される。使用可能であればステップＳ１４へ進み、使用できなければ優先度の低い装置４、次に装置２を候補とし、それでも使用できなければステップＳ１１へ戻る。

ステップＳ１４において、ＭＥＳから対応する端末装置に、仕掛品に対する製造装置（この場合は、装置１）の指定が出力される。作業員は端末装置に表示に従って該当する製造装置に該当するロットの仕掛品をセットする。これにより、該当する製造装置は、ＭＥＳの制御に従って、そのロットの工程（この場合は、工程Ａ）の処理を開始する。製造装置で該当する工程の処理が終了すると、この製造装置からＭＥＳに処理終了の情報が送られ、ステップＳ１５へ進む。

ステップＳ１５において、製造装置から送られた処理終了の情報に基づいて、表８の処理済みロット数を更新する。前述の場合は、装置１の工程Ａの処理済みロット数に１が加算され、２から３に更新される。ステップＳ１５の後、ステップＳ１６へ進む。

ステップＳ１６では、処理予定ロットがすべて処理されたか否かが判定され、未処理の処理予定ロットが残っていればステップＳ１１へ戻り、すべて処理されていれば、この製造実行管理は終了する。

なお、図１では、説明を単純化するために、一連のシーケンスに従ったフローチャートを用いたが、実際には複数の製造装置が並行してそれぞれの工程の処理を行っているので、実際の処理の流れとは若干異なる。例えばステップＳ１４で製造装置で所定の工程の処理が開始されたあとは、その処理が終了するまでステップＳ１４にとどまるのではなく、割り込み待ち状態に移行し、処理の終了時にステップＳ１５に戻るようなシーケンスとなる。

このように、本実施例の製造工程管理の方法は、各製造装置における工程毎の処理時間と、装置別処理可能工程数と、工程別使用可能装置数と、装置負荷とに基づいて、仕掛品の処理工程に使用する製造装置の優先順位を算出し、この算出した優先順位に従って一定期間内に処理する予定のロット数を各装置に割り当てる製造計画管理と、実際の製品の製造段階では、製造装置毎の処理達成度の低いものから優先的に処理を行わせる製造実行管理を行うようにしている。これにより、製造装置の稼働率の向上と、製造期間の短縮ができるという利点がある。

なお、この実施例１では、製造装置を対象にした製造工程管理について説明したが、同様の管理手法は、工場内の搬送装置や、人手作業で処理を行う場合の作業員の管理にも適用することができる。

また、優先順位の再計算の式は、負荷の割り当てによって装置負荷が大きくなった装置の優先順位を下げて、各装置に負荷を分散させることを目的として、経験的に求めた式である。従って、（３）式に代えて、次の（４）式を用いても良い。この（４）式では、装置負荷が９０％を越えると、優先順位が極端に低下するようになっている。
最新の優先順位＝処理時間×処理可能工程数×使用可能装置数×｛１０^{ｋ×（装置負荷−０．９）}×１０＋１｝ ・・（４）
ここで、ｋは一般的には１〜１０の定数であるが、実用的には３〜５が用いられる。

本発明は、半導体装置製造に限らず、各種の製造産業に利用することができる。

本発明の実施例を示す製造工程管理のフローチャートである。

符号の説明

Ｓ１ 装置・工程別処理時間の算出処理
Ｓ２ 装置別処理可能工程数等の算出処理
Ｓ３ 優先順位の算出処理
Ｓ４ 処理予定ロットの割り当て処理
Ｓ５ 処理時間と装置負荷の算出処理
Ｓ６ 優先順位の更新処理
Ｓ７ 処理予定ロット割り当ての完了判定処理
Ｓ１１ 処理待ち仕掛品の有無の判定処理
Ｓ１２ 製造装置の選択処理
Ｓ１３ 製造装置の使用可否の判定処理
Ｓ１４ 製造装置への処理指示処理
Ｓ１５ 処理済みロット数の更新処理
Ｓ１６ 処理完了の判定処理

Claims (4)

1. それぞれが単数または複数の工程の処理を行うことができる複数の製造装置を順次選択して製造処理を行う製造工程管理方法であって、
   前記各製造装置で処理可能な工程毎に１ロットの処理に必要な処理時間を算出する第１処理と、
   前記製造装置毎に処理可能な工程の数である処理可能工程数、及び前記工程毎にその工程での使用が可能な製造装置の数である使用可能装置数を算出する第２処理と、
   前記各製造装置と前記各工程の組み合わせ毎に、前記処理時間、前記処理可能工程数及び前記使用可能装置数に基づいて優先順位を算出する第３処理と、
   一定期間内に処理することが計画されている工程別の処理予定ロット数に基づいて、最新の優先順位による優先度が一番高い製造装置に処理予定ロットを１ロットずつ割り当てる第４処理と、
   前記第４処理で前記処理予定ロットが割り当てられた製造装置の装置負荷を算出する第５の処理と、
   前記第３処理で算出された前記優先順位に、前記第５処理で算出された前記装置負荷に応じた補正を行って前記最新の優先順位を更新する第６処理と、
   前記第４処理によって前記処理予定ロット数のすべてが前記各製造装置に割り当てられたときに、各製造装置の工程別の処理予定ロット数を決定する第７処理と、
   前記各工程における処理が可能な状態のロットが発生したときに、前記各製造装置の対応する工程での前記処理予定ロット数に対する処理済みロット数の割合である達成度が少ない製造装置から順に選択して該ロットの処理工程の実行を指示する第８処理とを、
   行うことを特徴とする製造工程管理方法。
2. 前記第３工程における前記優先順位の算出は、次式、
   優先順位＝処理時間×処理可能工程数×使用可能装置数
   によって行い、この優先順位の数値が小さいほど優先度が高いとすることを特徴とする請求項１記載の製造工程管理方法。
3. 前記第６処理における前記最新の優先順位の更新は、次式
   最新の優先順位＝処理時間×処理可能工程数×使用可能装置数×｛（（装置負荷）×１０）^ｋ＋１｝、（但し、ｋは定数）
   によって行い、この優先順位の数値が小さいほど優先度が高いとすることを特徴とする請求項２記載の製造工程管理方法。
4. 前記第６処理における前記最新の優先順位の更新は、次式
   最新の優先順位＝処理時間×処理可能工程数×使用可能装置数×｛１０^{ｋ×（装置負荷−０．９）}×１０＋１｝、（但し、ｋは定数）
   によって行い、この優先順位の数値が小さいほど優先度が高いとすることを特徴とする請求項２記載の製造工程管理方法。

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