JP4874606B2 - 用力設備設計装置、自動用力設備設計方法及び用力設備設計プログラム - Google Patents

Description

本発明は、用力設備の設計技術に係り、特に生産ラインの用力使用量に基づいて用力設備を設計する用力設備設計装置、自動用力設備設計方法及び用力設備設計プログラムに関する。

従来、製品の生産に適用される各装置の電力、各種ガス等の用力の所要量は、それぞれの装置の用力の定格値に係数（負荷率）を掛けて算出していた。しかし、装置の定格値は実動作時の使用量よりも大きく設定されることが多い。そのため、設計された用力設備が供給する用力の総量は、生産ラインに設置される装置が実動作時に使用する用力の総量に対してオーバースペックとなっていた。

負荷率は各装置の担当者の経験に基づき決定されることが多い。通常、用力の供給不足が発生しないように、マージンを含んだ負荷率が決定される。マージンを含んだ負荷率を用いて算出された用力所要量は、実動作時の使用量との乖離が大きく、不必要に大きな規模の用力設備が設計されていた。

又、設置された用力設備は、用力の供給量を低下させた減量運転ができない。そのため、実動作時における装置の用力使用量や処理する製品数に拘わらず、設計された一定の用力供給量を維持して生産ラインは運転を続け、ランニングコストもほとんど一定である。実動作時の用力使用量に対して極めて大きな用力所要量が算出された場合、算出結果に基づいて用力設備を設計すると、例えばウェハ径３００ｍｍの生産ライン等では用力設備の無駄が従来にないほど大きくなる。その結果、ランニングコストが上昇し、更に省エネルギーの点からも問題になる。

又、生産ラインに含まれる個々の装置の使用量削減も検討されてきた。しかし個々の装置及び設備での使用量削減は、用力設備の設計時に設定される過大なマージンに隠れてしまうため、個々の装置での用力削減策がどの程度の効果を奏するかの予測が困難である。したがって、具体的に用力設備の設計に個々の用力削減策の結果を反映するには到らなかった。

上記に類似の事例として、仮想生産ラインを用いたシミュレーションにより、各装置の用力使用量を算出し、生産ラインへの用力供給量を設定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、上記の方法は、製品を実際に製造する実生産ラインを対象としており、生産計画段階では適用できない。又、上記の方法では装置が稼働している状態とスタンバイしている状態が区別されないため、精度の高い用力供給量の設定ができなかった。
特開２００２−５５７１１号公報

本発明は、実動作時の使用量に対する用力の設計値の精度を向上できる用力設備設計装置、自動用力設備設計方法及び用力設備設計プログラムを提供する。

本願発明の一態様によれば、（イ）製品の生産情報に基づき、製品を生産する生産ラインに含まれる複数の装置の稼働状態を解析する稼働状態解析部と、（ロ）解析結果に基づき、複数の装置それぞれの稼働期間及びスタンバイ期間を抽出する稼働期間抽出部と、（ハ）稼働期間及びスタンバイ期間に基づき、複数の装置それぞれの稼働状態及びスタンバイ状態の用力使用量を用いて、複数の装置の用力使用量の時間的な変動をそれぞれ算出する使用量算出部と、（ニ）用力使用量の時間的な変動に基づき、複数の装置への用力の供給及び複数の装置から排出される用力の廃棄処理の少なくともいずれかを行う用力設備を設計する設計部とを備える用力設備設計装置が提供される。
本願発明の他の態様によれば、稼働状態解析部、稼働期間抽出部、使用量算出部、設計部、解析結果領域、抽出期間領域及び算出使用量領域を備える用力設備設計装置を用いる自動用力設備設計方法であって、（イ）稼働状態解析部が、製品の生産情報に基づき製品を生産する生産ラインに含まれる複数の装置の稼働状態を解析し、解析結果を解析結果領域に格納するステップと、（ロ）稼働期間抽出部が、解析結果領域から読み出した解析結果に基づき、複数の装置それぞれの稼働期間及びスタンバイ期間を抽出し、稼働期間及びスタンバイ期間を抽出期間領域に格納するステップと、（ハ）使用量算出部が、抽出期間領域から読み出した稼働期間及びスタンバイ期間に基づき、複数の装置それぞれの稼働状態及びスタンバイ状態の用力使用量を用いて、複数の装置の用力使用量の時間的な変動をそれぞれ算出し、用力使用量の時間的な変動を算出使用量領域に格納するステップと、（ニ）設計部が、算出使用量領域から読み出した用力使用量の時間的な変動に基づき、複数の装置への用力の供給及び複数の装置から排出される用力の廃棄処理の少なくともいずれかを行う用力設備を設計するステップとを含む自動用力設備設計方法が提供される。
本願発明の更に他の態様によれば、（イ）稼働状態解析部に、製品の生産情報に基づき製品を生産する生産ラインに含まれる複数の装置の稼働状態を解析させ、解析結果を解析結果領域に格納させる命令と、（ロ）稼働期間抽出部に、解析結果領域から読み出した解析結果に基づき、複数の装置それぞれの稼働期間及びスタンバイ期間を抽出させ、稼働期間及びスタンバイ期間を抽出期間領域に格納させる命令と、（ハ）使用量算出部に、抽出期間領域から読み出した稼働期間及びスタンバイ期間に基づき、複数の装置それぞれの稼働状態及びスタンバイ状態の用力使用量を用いて、複数の装置の用力使用量の時間的な変動をそれぞれ算出させ、用力使用量の時間的な変動を算出使用量領域に格納させる命令と、（ニ）設計部に、算出使用量領域から読み出した用力使用量の時間的な変動に基づき、複数の装置への用力の供給及び複数の装置から排出される用力の廃棄処理の少なくともいずれかを行う用力設備を設計させる命令とを実行させるための用力設備設計プログラムが提供される。

本発明によれば、実動作時の使用量に対する用力の設計値の精度を向上できる用力設備設計装置、自動用力設備設計方法及び用力設備設計プログラムを提供できる。

次に、図面を参照して、本発明の第１又は第２の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。又、以下に示す第１又は第２実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る用力設備設計装置は、図１に示すように、製品の生産情報に基づき、製品を生産する生産ラインに含まれる複数の装置の稼働状態を解析する稼働状態解析部１１と、解析結果に基づき、複数の装置それぞれの稼働期間及びスタンバイ期間を抽出する稼働期間抽出部１２と、稼働期間及びスタンバイ期間に基づき、複数の装置それぞれの稼働状態及びスタンバイ状態の用力使用量を用いて、複数の装置の用力使用量の時間的な変動をそれぞれ算出する使用量算出部１３と、用力使用量の時間的な変動に基づき、複数の装置への用力の供給及び複数の装置から排出される用力の廃棄処理の少なくともいずれかを行う用力設備を設計する設計部１４とを備える。図１に示すように、稼働状態解析部１１、稼働期間抽出部１２、使用量算出部１３及び設計部１４は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１０に含まれる。

「生産情報」は、製品の生産計画であるプロダクトミックス、製品に適用するプロセス情報、製品の生産ラインに含まれる装置の種類及び台数等の装置情報、及び装置稼働情報等である。装置稼働情報は、メンテナンスの頻度及び所要時間、平均故障間隔（ＭＴＢＦ）、及び修理に要する平均時間（ＭＴＴＲ）等の情報である。

図２にプロダクトミックスの例を示す。図２は、製品Ａが毎月ｘ枚、製品Ｂが毎月ｙ枚、及び製品Ｃが毎月ｚ枚、それぞれ処理される生産計画であることを示す。

図３にプロセス情報の例を示す。図３は、製品Ａの生産において、工程ＳＡ１で装置Ｍ１をａ₁分使用し、工程ＳＡ２で装置Ｍ２をａ₂分使用することを示す。製品が半導体製品の場合、例えば工程ＳＡ１、ＳＡ２はエッチング工程、拡散領域形成工程、配線形成工程等である。又、装置Ｍ１、Ｍ２は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置、イオン注入装置、スパッタ装置等である。又、図３に示すように、製品Ｂの生産において、工程ＳＢ１で装置Ｍ１をｂ₁分使用し、工程ＳＢ２で装置Ｍ３をｂ_２分使用する。製品Ｃの生産において、工程ＳＣ１で装置Ｍ２をｃ₁分使用し、工程ＳＣ２で装置Ｍ３をｃ₂分使用する。

図４に、生産ラインに含まれる装置の装置情報の例を示す。ｉ台の装置Ｍ１、ｊ台の装置Ｍ２、ｋ台の装置Ｍ３がそれぞれ生産ラインに設置される（ｉ、ｊ、ｋ：自然数）。

図５に装置稼働情報の例を示す。装置Ｍ１は、１日毎にメンテナンスが実施され、メンテナンスに要する時間は９０分である。又、装置Ｍ１のＭＴＢＦは７００時間、ＭＴＴＲは１５０分である。装置Ｍ２は、５０ロット毎にメンテナンスが実施され、メンテナンスに要する時間は１８０分、ＭＴＢＦは１２００時間、ＭＴＴＲは２４０分である。装置Ｍ３は、７日毎にメンテナンスが実施され、メンテナンスに要する時間は９０分、ＭＴＢＦは９００時間、ＭＴＴＲは１２０分である。

「稼働期間」及び「スタンバイ期間」は、生産ラインに含まれる各装置がそれぞれ稼働状態にある期間及びスタンバイ状態にある期間である。

上記に説明したプロセス情報、装置稼働情報は、例えば既存の生産ラインの情報等から取得できる。

「用力」は、生産ラインで製品を製造するために必要な資源であり、例えば、電気、純水、冷却水、チラー用冷媒、イオンドーピング用固体原料、高圧空気、清浄空気、乾燥空気、窒素（Ｎ₂）ガス、酸素（Ｏ₂）ガス、水素（Ｈ₂）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、その他の半導体材料ガス、常温で液状の半導体材料ガス、薬液、フォトリソグラフィ用レジスト、塗布絶縁膜材料、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）用研磨液（スリラー）等である。「常温で液状の半導体材料ガス」は、例えば、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、トリエトキシアルシン（ＴＥＯＡ）、硼酸エチル（ＴＥＢ）等である。尚、以下において、生産ラインに含まれる各装置の、稼働状態における用力使用量及びスタンバイ状態における用力使用量の情報を「用力情報」という。

用力設備は、生産ラインに含まれる複数の装置が使用する用力の製造、供給、及び廃棄処理等を行うためのプラント、集中供給設備、廃棄処理設備である。廃棄処理は、排気処理或いは排水処理等である。例えば、排水の中和処理、排水に含まれる有害金属の除去、排水の生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）及び化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の低減処理等が廃水処理に含まれる。つまり、用力設備は、排気設備及び廃水設備を含む。又、用力設備は、各装置の真空排気等も行う。更に、用力設備は、各装置に用力を供給する配管及び各装置からの排気用の配管（以下において、単に「配管」という。）、及び配線等を含む。

図６（ａ）〜図６（ｄ）に用力情報の例を示す。図６（ａ）〜図６（ｄ）の横軸は装置が適用された工程内における処理の経過時間であり、縦軸は処理の経過時間に対応した装置のＮ₂ガス使用量である。図６（ａ）〜図６（ｄ）では、単位時間あたりのＮ₂ガス使用量として装置のＮ₂ガス使用量を示している。

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、工程ＳＡ１に装置Ｍ１を適用した場合の稼働状態及びスタンバイ状態のＮ₂ガス使用量の例である。工程ＳＡ１における稼働状態の装置Ｍ１のＮ₂ガス使用量は、工程ＳＡ１が開始された時刻ｔ_a1から時刻ｔ_a2までの間はＮ₂ガス量Ｎ_a1、時刻ｔ_a2から時刻ｔ_a3までの間はＮ₂ガス量Ｎ_a2、時刻ｔ_a3から時刻ｔ_a4までの間はＮ₂ガス量Ｎ_a1である。そして、時刻ｔ_a4以降は、装置Ｍ１のＮ₂ガス使用量は０である。一方、スタンバイ状態の装置Ｍ１のＮ₂ガス使用量は、Ｎ₂ガス量Ｎ_b1で一定である。

図６（ｃ）及び図６（ｄ）は、工程ＳＡ２に装置Ｍ２を適用した場合の稼働状態及びスタンバイ状態のＮ₂ガス使用量の例である。工程ＳＡ２における稼働状態の装置Ｍ２のＮ₂ガス使用量は、工程ＳＡ２が開始された時刻ｔ_c1から時刻ｔ_c2までの間はＮ₂ガス量Ｎ_c1、時刻ｔ_c2から時刻ｔ_c3までの間はＮ₂ガス量Ｎ_c2、時刻ｔ_c3から時刻ｔ_c4までの間はＮ₂ガス量Ｎ_c1、時刻ｔ_c4から時刻ｔ_c5までの間はＮ₂ガス量Ｎ_c2、時刻ｔ_c5から時刻ｔ_c6までの間はＮ₂ガス量Ｎ_c1である。そして、時刻ｔ_c6以降は、装置Ｍ２のＮ₂ガス使用量は０である。一方、スタンバイ状態の装置Ｍ２のＮ₂ガス使用量は、Ｎ₂ガス量Ｎ_d1で一定である。尚、同一の装置であっても、適用される製品や工程が異なる場合には、用力情報は異なる。

本発明の第１の実施の形態に係る用力設備設計装置は、図１に示すように、記憶装置２０、入力装置３０及び出力装置４０を更に備える。記憶装置２０は、生産情報領域２１、用力情報領域２２、解析結果領域２３、抽出期間領域２４、算出使用量領域２５及び設計結果領域２６を備える。

生産情報領域２１は、生産情報を格納する。用力情報領域２２は、生産ラインに含まれる各装置の用力情報を格納する。解析結果領域２３は、稼働状態解析部１１が解析した各装置の稼働状態を格納する。抽出期間領域２４は、稼働期間抽出部１２が抽出する各装置の稼働期間及びスタンバイ期間を格納する。算出使用量領域２５は、使用量算出部１３が算出する各装置の用力使用量の時間的な変動を格納する。設計結果領域２６は、用力設備の設計結果を格納する。

入力装置３０はキーボード、マウス、ライトペン又はフレキシブルディスク装置等で構成される。入力装置３０より用力設備設計者は、入出力データを指定できる。更に、入力装置３０より出力データの形態等を設定することも可能で、又、用力設備設計の実行や中止等の指示の入力も可能である。

又、出力装置４０としては、用力設備設計結果を表示するディスプレイやプリンタ、或いはコンピュータ読み取り可能な記録媒体に保存する記録装置等が使用可能である。ここで、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、例えばコンピュータの外部メモリ装置、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープ等の電子データを記録することができるような媒体等を意味する。具体的には、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯディスク等が「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」に含まれる。

以下に、図１に示した用力設備設計装置により用力設備を設計する方法の例を、図７に示すフローチャートを用いて説明する。

（イ）ステップＳ１１において、入力装置３０を介して、例えば図２に示したプロダクトミックス、図３に示したプロセス情報、図４に示した装置情報、及び図５に示した装置稼働情報等の製品の生産情報が生産情報領域２１に格納される。又、生産ラインに設置される各装置の用力情報が、用力情報領域２２に格納される。

（ロ）ステップＳ１２において、稼働状態解析部１１が、製品の生産情報を生産情報領域２１から読み出す。稼働状態解析部１１は、生産情報に基づき、設計対象の用力設備が用力を供給する生産ラインに含まれる複数の装置の稼働状態を解析する。例えば、稼働状態解析部１１は、実際に製品を製造する実生産ラインに設置される装置の装置情報を用いて、実生産ラインと実質的に同一の機能を有する仮想生産ラインを記憶装置２０内に確保したメモリ上に構築する。そして、稼働状態解析部１１は、仮想生産ラインを用いて実生産ラインの稼働状態をシミュレートすることにより、実生産ラインに含まれる複数の装置の稼働状態を解析する。具体的には、プロダクトミックスに規定された製品の生産計画を実現するために、製品の処理工程の順序、各処理工程に必要な処理時間、生産ラインに含まれる装置の種類や台数、及びメンテナンスの情報等を考慮して、製品の処理工程の手順が決定され、その手順を実施するための装置の稼働状態が解析される。解析結果は、解析結果領域２３に格納される。

（ハ）ステップＳ１３において、稼働期間抽出部１２が、解析結果を解析結果領域２３から読み出す。稼働期間抽出部１２は、解析結果に基づき、生産ラインに含まれる各装置の稼働期間及びスタンバイ期間を抽出する。抽出結果の例を図８に示す。図８は、生産ラインに含まれる装置Ｍ１〜Ｍ４の稼働期間及びスタンバイ期間を示す。図８の横軸は時刻であり、装置Ｍ１〜Ｍ４がそれぞれ稼働状態である時間を実線の水平方向の線で示している。点線の水平方向の線で示した時間では、装置Ｍ１〜Ｍ４がそれぞれスタンバイ状態である。図８に示すように、装置Ｍ１の稼働期間は時刻ｔ２〜ｔ６、スタンバイ期間は時刻ｔ１〜ｔ２である。装置Ｍ２の稼働期間は時刻ｔ１〜ｔ６である。装置Ｍ３の稼働期間は時刻ｔ４〜ｔ５、スタンバイ期間は時刻ｔ１〜ｔ４及び時刻ｔ５〜ｔ６である。装置Ｍ４の稼働期間は時刻ｔ３〜ｔ６、スタンバイ期間は時刻ｔ１〜ｔ３である。抽出された稼働期間及びスタンバイ期間は、抽出期間領域２４に格納される。

（ニ）ステップＳ１４において、使用量算出部１３が、稼働期間及びスタンバイ期間を抽出期間領域２４から読み出す。更に使用量算出部１３は、生産ラインに含まれる各装置の用力情報を用力情報領域２２から読み出す。使用量算出部１３は、生産ラインに含まれる各装置の稼働状態及びスタンバイ状態における用力使用量、稼働期間及びスタンバイ期間に基づき、製品の生産における各装置の用力使用量の時間的な変動をそれぞれ算出する。算出された各装置の用力使用量を合計することにより、生産ライン全体における用力使用量の時間的な変動が算出できる。算出された用力使用量の時間的な変動の例を図９に示す。図９は、１２ヶ月間を解析期間として、１０ヶ月目〜１２ヶ月目における生産ライン全体に供給されるＮ₂ガス量の平均値、最大値、最小値を示す。算出された用力使用量の時間的な変動は、算出使用量領域２５に格納される。又、算出された用力使用量の時間的な変動を、図１に示した出力装置４０に画像として表示すること等が可能である。

（ホ）ステップＳ１５において、設計部１４が、用力使用量の時間的な変動を算出使用量領域２５から読み出す。設計部１４は、用力使用量の時間的な変動に基づき、用力設備の構成を設計する。つまり、製品を生産するために必要な用力の供給量を確保するために、生産ラインに含まれる各装置に供給する用力設備の規模を決定する。例えばＮ₂ガスを供給するＮ₂プラントの能力、台数等を、生産ラインに含まれるＮ₂ガスを使用する各装置に必要なＮ₂ガス量の総量に合わせて決定する。ただし、用力使用量の最大値或いは平均値、最小値を必要に応じて使い分けて、用力設備を設計する。例えば、図９に示したＮ₂ガス使用量の平均値に基づき、Ｎ₂ガスジェネレータを設計する。或いは、図９に示したＮ₂ガス使用の最大値に基づき、液体Ｎ₂を蒸発させるエバポレータ及び配管の口径を設計する。設計結果は、設計結果領域２６に格納される。設計結果領域２６に格納された設計結果は、出力装置４０を介して用力設備設計装置の外部に出力することが可能である。設計結果に基づき、生産ラインに用力を供給する用力設備が設置される。

上記のステップＳ１２において、稼働状態解析部１１が、生産ラインに含まれる装置の稼働状態を解析するために仮想生産ラインを構築する例を示した。しかし、予め構築された仮想生産ラインを記憶装置２０に格納しておき、稼働状態解析部１１が格納された仮想生産ラインを読み出して、装置の稼働状態を解析してもよい。

ステップＳ１４において、使用量算出部１３が、用力の時間的変動の平均値、最大値、最小値を算出する例を示したが、最頻値、中央値、分散値、標準偏差値等を算出して使用することにより、実使用時の用力の使用量に対してより高精度な用力使用量の時間的な変動を算出するが可能である。例えば平均値の代わりに、最頻値或いは中央値を使用可能である。又、標準偏差値を数倍した値に最頻値或いは中央値に加算した値を、最大値の代わりに使用しても構わない。ここで数倍とは、望ましくは３〜５の間の実数値倍である。

上記の説明では、ステップＳ１５において、設計部１４が生産ラインに含まれる各装置に供給する用力設備の規模を決定した。しかし、ステップＳ１４において得られた用力使用量の時間的な変動に基づき、用力設備設計者が用力設備の規模を判断してもよい。

半導体装置の生産ラインにＮ₂ガスを供給するＮ₂プラントを有する用力設備の設計において、各装置の用力の定格値を用いてそれぞれの装置の用力使用量を算出する先行技術により算出されたＮ₂ガス量Ｎ１、及び図１に示した用力設備設計装置により算出されるＮ₂ガス量Ｎ２の例を、図１０に示す。図１０の横軸は生産ラインで処理されるウェハ枚数であり、縦軸は生産ラインで使用されるＮ₂ガス量である。Ｎ₂ガス量の単位は、例えば毎時立方メートル（ｍ³／ｈ）等である。図１０において、Ｎ₂ガス量Ｎ１０まではＮ₂プラント１台でＮ₂ガスを供給可能であることを示す。又、Ｎ₂ガス量Ｎ１０〜Ｎ２０まではＮ₂プラント２台、Ｎ₂ガス量Ｎ２０〜Ｎ３０まではＮ₂プラント３台、Ｎ₂ガス量Ｎ３０〜Ｎ４０まではＮ₂プラント４台でＮ₂ガスを供給可能である。したがって、例えば処理されるウェハ枚数がＷ枚の場合に、先行技術により設計される用力設備が４台のＮ₂プラントを有するのに対し、図１に示した用力設備設計装置により設計される用力設備が有するＮ₂プラントは３台である。即ち、Ｎ₂ガス供給量が過剰な用力設備の設計を回避し、効率的な用力設備を設計することができる。

図１０に示したＮ₂ガス量Ｎ３は、生産ラインに含まれる装置のＮ₂ガス消費効率を向上させること等により、生産ラインで使用されるＮ₂ガス量を削減する対策を行った場合の、図１に示した用力設備設計装置により算出されたＮ₂ガス量の例である。図１０に示すように、Ｎ₂ガス量Ｎ２からＮ₂ガス量Ｎ３に削減された結果、例えば処理されるウェハ枚数がＷ枚の場合に、用力設備が有するＮ₂プラントを３台から２台に削減できる。即ち、図１に示した用力設備設計装置によれば、Ｎ₂ガス量の削減対策の効果を予め確認することができる。

以上では、用力が半導体装置の生産ラインで使用されるＮ₂ガスを供給する場合を例示的に説明した。しかし、Ｎ₂ガス以外のＯ₂ガス、Ｈ₂ガス、その他の半導体材料ガス等、或いは純水、冷却水等の供給或いは廃棄処理を行う用力装置の設計についても、上記に説明した用力装置設計方法は適用可能である。例えば、電力を供給する用力設備を設計する場合、算出された平均値に基づきトランス容量を設計し、算出された最大値に基づき基幹容量、即ち配線のサイズを設計する。又、純水の供給及び排水を行う用力装置を設計する場合、算出された平均値に基づき一次純水設備を設計し、算出された最大値に基づき超純水設備及び配管の口径を設計する。

ところで、稼働状態の装置への用力の供給量の削減は、装置性能に影響を及ぼす可能性がある。そのため、スタンバイ状態の装置への用力の供給量を削減する対策を優先して検討することが望ましい。図１に示した用力設備設計装置は、稼働状態の装置の用力使用量、及びスタンバイ状態の装置の用力使用量をそれぞれ算出する。つまり、図１に示した用力設備設計装置によれば、装置性能に影響を及ぼす可能性が小さいスタンバイ状態における用力使用量の削減対策を実施した場合の、削減対策の効果を確認できる。図１１に、図１に示した用力設備設計装置によって算出された生産ラインの電力使用量の時間的な変動の例を示す。図１１において、電力使用量１１Ａは稼働状態の電力使用量、電力使用量１１Ｂはスタンバイ状態での電力使用量である。図１１に示すように、スタンバイ状態での電力使用量１１Ｂは、稼働状態の電力使用量１１Ａの３０％程度である。したがって、スタンバイ状態における電力使用量１１Ｂを削減することにより、全体として電力量削減の効果を上げられることが把握できる。

又、図１に示した用力設備設計装置は、生産ラインに含まれる各装置の用力使用量をそれぞれ算出し、更に生産ラインの各処理工程での用力使用量を算出できる。図１１に示した使用量Ｐ１〜Ｐｎは、時刻ｔｐにおけるスタンバイ状態での処理工程ＳＰ１〜ＳＰｎにおける電力使用量である（ｎ：２以上の整数）。処理工程ＳＰ１〜ＳＰｎは、例えば製品が半導体装置の場合、拡散工程、減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）工程、及びプラズマ化学気相成長（ＰＣＶＤ）工程等である。装置別、或いは処理工程別に用力使用量を把握することにより、使用量の大きな装置、或いは処理工程を特定して対策を実施することにより、生産ラインへの用力の供給量の削減を効率的に行うことができる。

更に、図１に示した用力設備設計装置に、生産ラインに含まれる各装置をそれぞれ構成する部分毎の用力使用量を算出する機能を持たせることにより、各装置に共通に設置される付帯装置の合計使用量を算出できる。「付帯装置」は、各装置に設置されるポンプや冷却装置等である。図１２に、付帯装置Ｅ１〜Ｅ６の電力使用量の合計ＰＥ１〜ＰＥ６、及びその他の付帯装置の電力使用量の合計ＰＥ７をそれぞれ示す。図１２に示すように、付帯装置Ｅ１及び付帯装置Ｅ２の電力使用量の合計ＰＥ１及びＰＥ２が大きく、全体の約１／３を占める。したがって、電力供給量を削減するためには、付帯装置Ｅ１及付帯装置Ｅ２を中心に使用電力削減の対策を検討することが効果的であるという指針を出すことができる。
本発明の第１の実施の形態に係る用力設備設計装置では、生産情報に基づき抽出される稼働期間及びスタンバイ期間、及び装置の用力情報を用いて、生産ラインにおける用力使用量の時間的な変動の平均値等をそれぞれ算出する。そして、用力使用量の時間的な変動に基づき用力設備を設計することにより、実動作時の用力使用量に対する設計値の精度を向上できる。その結果、図１に示した用力設備設計装置によれば、実動作時の用力使用量に対する設計値の精度を向上できる。即ち、用力供給量が過剰な用力設備の設計を回避し、実動作時の使用量に応じた用力の供給或いは廃棄が可能な、効率のよい用力設備を設計することができる。更に、図１に示した用力設備設計装置は、各装置及び各工程での用力使用量を算出する。そのため、各装置或いは各工程での用力の削減策がどの程度の効果を奏するかの予測が容易である。

図７に示した一連の用力設備設計操作は、図７と等価なアルゴリズムのプログラムにより、図１に示した用力設備設計装置を制御して実行できる。このプログラムは、図１に示した用力設備設計装置を構成する記憶装置２０に記憶させればよい。又、このプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に保存し、この記録媒体を図１に示した記憶装置２０に読み込ませることにより、本発明の一連の用力設備設計操作を実行することができる。

（第１の変形例）
以上の説明では、新規に工場の用力設備を設計する場合を説明した。既存の工場の生産計画を変更する場合にも、本発明の第１の実施の形態に係る用力設備設計方法は適用可能である。

図１３（ａ）に示すプロダクトミックスに規定された生産計画に基づき製品を生産している既存の生産工場に、図１３（ｂ）に示すプロダクトミックスに規定された生産計画を追加する場合の、用力設備の設計を考える。図１３（ａ）は、生産中の製品のプロダクトミックスを示し、図１３（ｂ）は、追加して生産される製品のプロダクトミックスを示す。つまり、毎月のウェハの処理数が、製品Ａ₁についてｘ₁枚、及び製品Ｂ₁についてｙ₁枚である既存の生産工場に、製品Ａ₂についてｘ₂枚、及び製品Ｂ₂についてｙ₂枚のウェハの処理を追加する。

図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に、製品Ａ₁、Ｂ₁、Ａ₂及びＢ₂のプロセス情報の例を示す。図１４（ａ）は、製品Ａ₁の生産工程において、工程ＳＡ１１で装置Ｍ１０をａ₁₁分使用し、工程ＳＡ１２で装置Ｍ２０をａ₁₂分使用することを示す。又、製品Ｂ₁の生産工程において、工程ＳＢ１１で装置Ｍ１０をｂ₁₁分使用し、工程ＳＢ１２で装置Ｍ３０をｂ₁₂分使用する。図１４（ｂ）は、製品Ａ₂の生産工程において、工程ＳＡ２１で装置Ｍ１０をａ₂₁分使用し、工程ＳＡ２２で装置Ｍ２０をａ₂₂分使用することを示す。又、製品Ｂ₂の生産工程において、工程ＳＢ２１で装置Ｍ１０をｂ₂₁分使用し、工程ＳＢ２２で装置Ｍ３０をｂ_２2分使用する。ここで、装置Ｍ１０〜Ｍ３０は既存の工場の生産ラインに含まれる装置である。

装置Ｍ１０〜Ｍ３０の装置情報の例を図１５に示す。ｌ台の装置Ｍ１０、ｍ台の装置Ｍ２０、ｎ台の装置Ｍ３０が生産ラインに設置されている（ｌ、ｍ、ｎ：自然数）。又、装置Ｍ１０〜Ｍ３０の装置稼働情報の例を図１６に示す。

図１４（ａ）に示したプロセス情報、及び図１６に示した装置稼働情報等は、既存の工場の稼働実績から取得可能である。

図７に示したフローチャートのステップＳ１１において、図１に示した用力設備設計装置に、図１３（ａ）に示したプロダクトミックスと図１３（ｂ）に示したプロダクトミックスを合わせた図１７に示すプロダクトミックスを、生産情報の１つとして入力する。又、及び図１４（ａ）に示したプロセス情報と図１４（ｂ）に示したプロセス情報を合わせた図１８に示すプロセス情報を、生産情報の１つとして用力設備設計装置に入力する。更に、図１５に示した装置情報及び図１６に示した装置Ｍ１０〜Ｍ３０の装置稼働情報が生産情報として用力設備設計装置に入力する。

その後、図７のフローチャートを用いて説明した方法と同様にして、用力設備が設計される。その結果、図１７に示したプロダクトミックスに規定された製品の生産計画を実現する生産ラインに用力を供給可能する、実動作時の用力使用量と用力供給量との誤差が少ない生産装置が設計される。

設計された生産装置に基づき、既存の工場の用力設備の用力供給量を考慮して、用力設備の変更を検討できる。例えば、設計された用力設備の用力供給量に対する既存の用力設備の用力供給量の不足を補うように、既存の用力設備に追加する新たな用力設備を設計できる。

本発明の第１の実施の形態の変形例に係る用力設備設計方法によれば、既存の製品の生産及び追加される製品の生産に要する用力使用量の合計について時間的な変動が算出される。そして、算出された用力使用量の時間的な変動に基づき用力設備が設計される。そのため、既存の工場において生産計画を追加する場合にも、実動作時の用力使用量に対する設計値の精度を向上できる。その結果、用力供給量が過剰な用力設備の設計を回避し、実動作時の使用量に応じた用力を供給できる効率のよい用力設備を設計することができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る用力設備設計装置は、図１９に示すように、配管設計部１５、レイアウト情報領域２７及び配管情報領域２８を更に備えることが図１と異なる点である。その他の構成については、図１に示す第１の実施の形態と同様である。

レイアウト情報領域２７は、設計された生産装置が用力を供給する生産ラインのレイアウト情報を格納する。ここで、「生産ラインのレイアウト情報」とは、生産ラインに設置された各装置が、それぞれ工場のどこに設置されるかを示す情報である。

配管設計部１５は、生産ラインに設置された各装置に生産装置から用力を供給する配管を設計する。具体的には、配管設計部１５は、各装置にそれぞれ供給される用力供給量及び生産ラインのレイアウト情報に基づいて、配管の口径、配管の分岐等を設計する。

配管情報領域２８は、配管設計部１５によって設計された配管の結果を格納する。

以下に、配管設計部１５が、図２０に示したレイアウトを有する半導体装置の生産ライン２００に、用力設備１００から純水を供給する配管を設計する方法の例を説明する。ここで、図１９に示した用力設備設計装置によって、第１の実施の形態で説明した方法と同様にして、生産ライン２００の純水使用量に基づき、用力設備１００が設計されているとする。

図２０に示したように、用力設備１００からメイン配管３００によって純水が生産ラインに２００に供給され、メイン配管３５０によって生産ライン２００から用力設備１００に純水が戻る。配管設計部１５は、用力設備１００の純水供給量に基づき、メイン配管３００、３５０の口径や強度等を設計する。

図２０に示した生産ライン２００のレイアウトでは、装置２１１〜２１３が工場の同一エリアに設置されているとする。又、装置２２１〜２２３、装置２３１、及び装置２４１〜２４８が、それぞれ同一エリアに設置されているとする。そのため、配管設計部１５は、生産ラインのレイアウト情報を分析して、装置２１１〜２１３、装置２２１〜２２３、装置２３１、及び装置２４１〜２４８が配置されたエリアにそれぞれサブメイン配管３１０、３２０、３３０及び３４０を配置する。サブメイン配管３１０は、装置２１１〜２１３に純水を供給する。サブメイン配管３２０は、装置２２１〜２２３に純水を供給する。サブメイン配管３３０は、装置２３１に純水を供給する。サブメイン配管３４０は、装置２４１〜２４８に純水を供給する。図２０に示すように、サブメイン配管３１０、３２０、３３０及び３４０は、用力設備１００に接続するメイン配管３００から分岐している。又、サブメイン配管３１０、３２０、３３０及び３４０はメイン配管３５０に接続し、メイン配管３５０は用力設備１００に接続する。

図１９に示した用力設備設計装置は、装置２１１〜２１３、装置２２１〜２２３、装置２３１、及び装置２４１〜２４８毎に純水の使用量を算出する。そのため、配管設計部１５は、装置２１１〜２１３にそれぞれ供給する純水量に基づき、サブメイン配管３１０の口径や強度等を設計できる。同様に、装置２２１〜２２３、装置２３１、及び装置２４１〜２４８にそれぞれ供給する純水量に基づき、サブメイン配管３１０、３２０、３３０及び３４０の口径や強度等がそれぞれ設計可能である。

以上では、純水を用力の例として配管を設計する方法の例を説明したが、Ｎ₂ガス、Ｏ₂ガス、及びＨ₂ガス等の供給配管、排気配管、排水配管、或いは電気配線についても上記の配管の設計方法が適用可能である。

図１９に示した用力設備設計装置により用力設備を設計する方法を、図２１に示すフローチャートを用いて説明する。

（イ）ステップＳ１１〜Ｓ１５において、図７に示したフローチャートで説明した方法と同様にして、用力使用量の時間的な変動に基づき、用力設備の構成を設計する。設計結果は設計結果領域２６に格納される。

（ロ）ステップＳ１６において、生産ラインのレイアウト情報が、図１９に示した入力装置を介してレイアウト情報領域２７に格納される。生産ラインのレイアウト情報は、予めレイアウト情報領域２７に格納されていてもよい。

（ハ）ステップＳ１７において、配管設計部１５が、設計結果及び生産ラインのレイアウト情報を設計結果領域２６及びレイアウト情報領域２７から読み出す。配管設計部１５は、生産ラインのレイアウト情報を解析し、更に、生産ラインに設置された各装置への用力供給量に基づき、配管を設計する。配管の設計結果は、配管情報領域２８に格納される。

配管の設計結果は、出力装置４０を介して用力設備設計装置の外部に出力することが可能である。配管の設計結果に基づき、生産ラインに用力を供給する用力設備の配管が設置される。他は、第１の実施の形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。

本発明の第２の実施の形態に係る用力設備設計装置によれば、実動作時の用力使用量に対する精度が高く設計された用力設備から、生産ラインに設置された各装置に各装置の用力使用量に応じた配管を設計できる。その結果、各装置への用力供給量が過剰な配管の設計を回避し、配管の設置費用が高くなりすぎる問題を回避できる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１又は第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

既に述べた第１又は第２の実施の形態の説明においては、図１に示した用力設備設計装置が、図２に示したフローチャートのステップＳ１１〜Ｓ１２で説明した実生産ラインに含まれる装置の稼働状態の解析、及びステップＳ１３〜Ｓ１４で説明した用力使用量の時間的な変動の算出を行う例を示した。しかし、実生産ラインに含まれる装置の稼働状態を解析する第１のシミュレータと、用力使用量の時間的な変動を算出する第２のシミュレータをそれぞれ使用して、図２のフローチャートに示した用力設備設計方法を実行してもよい。その場合、例えば第１のシミュレータの解析結果を第２のシミュレータに手動で入力してもよいし、第１のシミュレータと第２のシミュレータを電気的に接続し、第１のシミュレータの解析結果を第２のシミュレータにオンラインで転送してもよい。

又、第１又は第２の実施の形態の説明においては、生産ラインが半導体製品の生産ラインである例を示したが、本発明は、自動車の生産ライン、化学薬品の生産ライン、建築部材の生産ラインに用力を供給する用力設備の設計に適用できることは、上記説明から容易に理解できるであろう。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の第１の実施の形態に係る用力設備設計装置の構成を示す模式図である。 本発明の第１の実施の形態に係る用力設備設計方法で使用されるプロダクトミックスの例を示す表である。 本発明の第１の実施の形態に係る用力設備設計方法で使用されるプロセス情報の例を示す表である。 本発明の第１の実施の形態に係る用力設備設計方法で使用される装置情報の例を示す表である。 本発明の第１の実施の形態に係る用力設備設計方法で使用される装置稼働情報の例を示す表である。 本発明の第１の実施の形態に係る用力設備設計方法で使用される用力情報の例を示すグラフであり、図６（ａ）及び図６（ｂ）は１つの装置の稼働状態の用力使用量及びスタンバイ状態のそれぞれの用力使用量、図６（ｃ）及び図６（ｄ）は他の１つの装置の稼働状態及びスタンバイ状態のそれぞれ用力使用量である。 本発明の第１の実施の形態に係る用力設備設計方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係る用力設備設計方法により抽出される装置の稼働期間及びスタンバイ期間の例を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る用力設備設計方法により算出される用力使用量の例を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る用力設備設計方法により算出される用力使用量と先行技術により算出される用力使用量を比較するためのグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る用力設備設計方法により算出される用力使用量の時間的な変動の例を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る用力設備設計方法により算出される付帯装置の電力使用量の例を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態の変形例に係る用力設備設計方法で使用されるプロダクトミックスの例を示す表であり、図１３（ａ）は生産中の製品のプロダクトミックスを示し、図１３（ｂ）は追加して生産される製品のプロダクトミックスを示す。 本発明の第１の実施の形態の変形例に係る用力設備設計方法で使用されるプロセス情報の例を示す表であり、図１４（ａ）は生産中の製品のプロセス情報を示し、図１４（ｂ）は追加して生産される製品のプロセス情報を示す。 本発明の第１の実施の形態の変形例に係る用力設備設計方法で使用される装置情報の例を示す表である。 本発明の第１の実施の形態の変形例に係る用力設備設計方法で使用される装置稼働情報の例を示す表である。 本発明の第１の実施の形態の変形例に係る用力設備設計方法で使用されるプロダクトミックスの例を示す表である。 本発明の第１の実施の形態の変形例に係る用力設備設計方法で使用されるプロセス情報の例を示す表である。 本発明の第２の実施の形態に係る用力設備設計装置の構成を示す模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係る用力設備設計方法を説明するための生産ラインのレイアウト情報の例を示す模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係る用力設備設計方法を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１１…稼働状態解析部
１２…稼働期間抽出部
１３…使用量算出部
１４…設計部
１５…配管設計部
２１…生産情報領域
２２…用力情報領域
２３…解析結果領域
２４…抽出期間領域
２５…算出使用量領域
２６…設計結果領域
２７…レイアウト情報領域
２８…配管情報領域

Claims (5)

1. 製品の生産情報に基づき、前記製品を生産する生産ラインに含まれる複数の装置の稼働状態を解析する稼働状態解析部と、
   前記解析結果に基づき、前記複数の装置それぞれの稼働期間及びスタンバイ期間を抽出する稼働期間抽出部と、
   前記稼働期間及び前記スタンバイ期間に基づき、前記複数の装置それぞれの稼働状態及びスタンバイ状態の用力使用量を用いて、前記複数の装置の用力使用量の時間的な変動をそれぞれ算出する使用量算出部と、
   前記用力使用量の時間的な変動に基づき、前記複数の装置への用力の供給及び前記複数の装置から排出される用力の廃棄処理の少なくともいずれかを行う用力設備を設計する設計部
   とを備えることを特徴とする用力設備設計装置。
2. 生産ラインのレイアウト情報に基づき、前記生産ラインに含まれる前記複数の装置に用力を供給する配管を設計する配管設計部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の用力設備設計装置。
3. 稼働状態解析部、稼働期間抽出部、使用量算出部、設計部、解析結果領域、抽出期間領域及び算出使用量領域を備える用力設備設計装置を用いる自動用力設備設計方法であって、
   前記稼働状態解析部が、製品の生産情報に基づき前記製品を生産する生産ラインに含まれる複数の装置の稼働状態を解析し、解析結果を前記解析結果領域に格納するステップと、
   前記稼働期間抽出部が、前記解析結果領域から読み出した前記解析結果に基づき、前記複数の装置それぞれの稼働期間及びスタンバイ期間を抽出し、前記稼働期間及び前記スタンバイ期間を前記抽出期間領域に格納するステップと、
   前記使用量算出部が、前記抽出期間領域から読み出した前記稼働期間及び前記スタンバイ期間に基づき、前記複数の装置それぞれの稼働状態及びスタンバイ状態の用力使用量を用いて、前記複数の装置の用力使用量の時間的な変動をそれぞれ算出し、前記用力使用量の時間的な変動を前記算出使用量領域に格納するステップと、
   前記設計部が、前記算出使用量領域から読み出した前記用力使用量の時間的な変動に基づき、前記複数の装置への用力の供給及び前記複数の装置から排出される用力の廃棄処理の少なくともいずれかを行う用力設備を設計するステップ
   とを含むことを特徴とする自動用力設備設計方法。
4. 前記用力設備設計装置が備える配管設計部が、生産ラインのレイアウト情報に基づき、前記生産ラインに含まれる前記複数の装置に用力を供給する配管を設計するステップを更に含むことを特徴とする請求項３に記載の自動用力設備設計方法。
5. 稼働状態解析部に、製品の生産情報に基づき前記製品を生産する生産ラインに含まれる複数の装置の稼働状態を解析させ、解析結果を解析結果領域に格納させる命令と、
   稼働期間抽出部に、解析結果領域から読み出した前記解析結果に基づき、前記複数の装置それぞれの稼働期間及びスタンバイ期間を抽出させ、前記稼働期間及び前記スタンバイ期間を抽出期間領域に格納させる命令と、
   使用量算出部に、前記抽出期間領域から読み出した前記稼働期間及び前記スタンバイ期間に基づき、前記複数の装置それぞれの稼働状態及びスタンバイ状態の用力使用量を用いて、前記複数の装置の用力使用量の時間的な変動をそれぞれ算出させ、前記用力使用量の時間的な変動を算出使用量領域に格納させる命令と、
   設計部に、前記算出使用量領域から読み出した前記用力使用量の時間的な変動に基づき、前記複数の装置への用力の供給及び前記複数の装置から排出される用力の廃棄処理の少なくともいずれかを行う用力設備を設計させる命令
   とを実行させるための用力設備設計プログラム。

Images