半导体晶圆制造车间层控制的内容及方法

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1、半导体晶圆制造车间层控制的内容及方法摘要：半导体晶圆制造企业是资本密集、技术密集型产业，晶圆制造厂也是公认生产最为复杂的工厂之一。产品更新换代快、市场竞争激烈等特点使得投资者对设备产能和设备利用率高度重视。这已不仅仅是技术问题，而是生产制造过程管理的问题。本文介绍了半导体晶圆制造车间层控制的内容及方法。关键词：车间层控制；投料策略；实时调度中图分类号：TN305.97文献标识码：A文章编号：1003-353X(2003)09-0048-041引言  半导体晶圆制造厂是公认生产管理最为复杂的工厂之一，因为其生产过程有许多异于传统的工艺特性，例如工件再回流的现象、成批加工

2、、作业等候时限、高良率要求、机台高当机率等，以致于一般都将交期不准、在制品（Work-in-process/WIP）过高、周期时间过长等问题归咎于其生产管理的复杂度高及系统的不稳定。同时，晶圆制造属于资本密集型产业，其设备投资庞大，运作成本高昂，使得投资者极为重视投资效益，不愿任何一台设备闲置而浪费产能，于是不断追求所有设备的完全利用，其绩效指标的追求除了交期、WIP及周期时间外，还要求机台的使用率。这些显然已经不是技术层面上可以解决的问题，而是生产制造过程管理的问题[1]。  生产制造过程的管理按其内容可分为生产系统的性能评价、生产计划和车间层控制[2]。这几个问题

3、是相互关联的，性能评价是评估现有系统（配置固定）的性能，而不是优化系统性能的某些指标，它常评价不同设备配置及瓶颈设备附加能力对生产线的影响，是生产计划、车间层控制的重要输入，也是优化系统配置的主要指导。生产计划一般指高层长期生产能力的安排和分配。车间层控制是生产计划的细化和实现，它将基于能力（工时）的较长期计划转化为实际工件的实时加工序列。一般来说，车间层控制有两类决策任务：一类是决定何时投入多少工件进入生产线，称为投料策略，它涉及生产速率、生产能力现状、实际定单情况、WIP情况等问题，常和实时调度处理统筹考虑。另一类是安排生产线中各类工件在各类设备上的实际加工序列和

4、开始时间，称为实时调度策略，它涉及实时设备状况、实时WIP情况以及产品的工序流程[3]。本文对半导体晶圆制造车间层控制的内容和方法作一介绍。2投料控制  投料控制是保证系统平顺生产的重要前提，对投料的合理控制将为后续的优化调度提供重要保证，达到提高设备产量和设备利用率、增加系统产出的目的。而不合理的投料将直接导致系统效益的降低。根据著名的Little公式  N=λT  其中N为系统中的WIP量，T为平均制造周期，l为投料速率或产出速率。  也就是说，对于固定的投料速率或产出速率来说，WIP水平的降低将缩短制造周期，而过多投料将造成系统中WIP数的增高。由于晶圆制造系统

5、存在以下几个特点：（1）晶圆片对环境有着近乎苛刻的要求，整个制造过程要在“洁净室”条件下进行，暴露在空气中的时间越长，被污染的可能性越大；（2）WIP有“最长等候时限”的限制，在机台前的等待加工时间超过“时限”，将引起器件失效而需要重做；（3）晶圆制造是面向定单的多品种、小批量、带“回流”的资源受限型加工线，需要满足多种客户对交货期的不同要求。因此，过高的WIP数一方面会降低良率，另一方面也将造成交期延长。而过少的投料带来的是某些机台的闲置，造成系统资源的极大浪费。由于半导体制造投资巨大、竞争激烈、设备折旧迅速等特点，资源闲置是投资方竭尽全力要消灭的“首要大敌”。  

6、在实际运作过程中，为了追求机台的高利用率，当某机台闲置时，管理者将通过投料来满足利用率，因此容易造成过早投料的情形；或者为了追求机台的利用率最高，则必须相对的投入大量的在制品，但是，过多的WIP也将导致生产周期延长，资金成本的过早投入以及良率的下降。此时，管理者将因为WIP及周期时间升高而被要求降低WIP及周期时间。有时，为了避免机台故障、重加工、维修保养等对机台的影响，管理者往往也以增加在制品来保护系统，这似乎意味着可以达到机台的高利用率，殊不知这反而使系统处于极端不稳定的状态，一旦设备发生故障，当初源源不断的供料将造成该机台WIP量的急剧增高[1]。简言之，投料控

7、制对晶圆制造车间具有重要的现实意义。  实际使用和仿真研究表明，不同的投料策略对系统性能的影响很大，特别是在半导体制造系统，不同的策略会产生差距很大的系统均衡性、生产率、WIP水平和制造周期。因此，根据生产系统特点选择不同的投料策略是提高系统运行性能的重要前提。在半导体制造车间，常用的较为简单的投料策略有固定时间间隔投料、按随机泊松流来投料、基于TOC（TheoryofConstrain）理论的投料策略和Duenyas[4]提出的CONWIP投料策略等。基于TOC理论的投料策略是指根据瓶颈机台的加工状况决定投料情况，把重点放在瓶颈工序上，保证瓶颈工序