Simulationsbasierte Reihenfolgeplanung in der Halbleiterindustrie:
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2001
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Beschreibung: | Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2001 |
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Inhaltsverzeichnis
INHALTSVERZEICHNIS I
ABBILDUNGSVERZEICHNIS IV
TABELLENVERZEICHNIS VI
ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS VII
VARIABLENVERZEICHNIS IX
1 EINLEITUNG : 1
1.1 GEGENSTAND DER ARBEIT 1
1.2 ZIELSETZUNG UND VORGEHENSWEISE 2
1.3 AUFBAU DER ARBEIT 2
2 ANALYSE DER AUSGANGSSITUATION DER REIHENFOLGEPLANUNG IN
DER HALBLEITERINDUSTRIE 5
2.1 BESCHREIBUNG DES FERTIGUNGSSYSTEMS DER HALBLEITERINDUSTRIE 5
2.1.1 Abgrenzung des Fertigungssystems von seiner Umwelt 5
2.1.2 Beschreibung der Aufbaustruktur des Fertigungssystems 6
2.1.3 Beschreibung der Ablauf struktur des Fertigungssystems 10
2.2 CHARAKTERISIERUNG DES REIHENFOLGEPROBLEMS IN DER
HALBLEITERFERTIGUNG 15
2.3 DAS ZIELSYSTEM DER REIHENFOLGEPLANUNG IN DER
HALBLEITERINDUSTRIE 17
2.3.1 Notation 17
2.3.2 Ableitung der Ziele aus den Prozessbedingungen IX
2.3.3 Definition der Ziele der Reihenfolgeplanung 19
2.3.3.1 Durch lauf zeitorientierte Ziele 19
2.3.3.2 Terminorientierle Ziele 20
2.3.3.3 BeU giing.izeit und kapuzilütsorientierie Ziele 21
2.3.4 Analyse der Zielbeziehungen 21
2.3.5 Einfluss der Liegezeitbegrenzungen auf das Zielsystem der Reihenfolgeplanung 24
2.4 UNTERSUCHUNG DER BISHERIGEN ANSÄTZE ZUR RHIHFNFOLGEPLANUNG
IN DER HALBLEITERINDUSTRIE 25
2.4.1 Grundlegende Aspekte zur Lösung des Reihenfolgeproblems 25
2.4.2 Oberblick über die Vorfahren zur Reihenfolgeplanung in der Halblciterindustrie 2h
2.4.2. l Untersuchung iler Priori tatsrege/verfahren _Y
. 4.2.2 Speziell entwickelte Priorilätsrcgclverfahren für die Hcilbleiteriihiusine 2S
2.4.2.3 Intcraklionsregelvertahren 2V
2.4.2.4 l erfahren zur Belatleopliinicrung 31
2.4.2.5 l erfuhren zur Rüsloptimierung 16
2.4.3 Zusammenfassung des Standes der Rcihenfolgeplanung in der Halbleitenndustrie 39
2.5 ABLEITUNG DER AUFGABENSTELLUNG 40
I
Inhaltsverzeichnis
3 ENTWURF EINES KONZEPTES ZUR SIMULATIONSBASIERTEN
REIHENFOLGEPLANUNG IN DER HALBLEITERINDUSTRIE 42
3.1 GRUNDLAGEN ZUR SIMULATIONSBASIERTEN REIHENFOLGEPLANUNG 42
3.1.1 Vorteile des Einsatzes der Simulation zur Reihenfolgeplanung 42
3.1.2 Integration der Simulation in den Regelkreis der Fertigungssteuerung 43
3.2 RULE BASED DISPATCHING (RBD) ZUR LÖSUNG DES LOKALEN
REIHENFOLGEPROBLEMS 45
3.2.1 Grundlagen zum Rule Based Dispatching 45
3.2.1.1 Dekomposition des Reihenfolgeproblems in der Halbleiterfertigung 45
3.2.1.2 Prämissen des Lösungsansatzes 47
3.2.2 Rule Based Dispatching zur Lösung des Reihenfolgeproblems 47
3.2.2.1 Beschreibung der Funktionsweise des Rule Based Dispatching 47
3.2.2.2 Überprüfen der Gültigkeit der Bearbeitung eines Loses auf der planenden Anlage....49
3.2.2.3 Zusammenfassen von Losen zu Batches 50
3.2.2.4 Auswahl des wichtigsten Batches 52
3.3 BESCHREIBUNG DER LOKALEN REGELKOMPONENTE ZUR BEWERTUNG
VON REIHENFOLGEENTSCHEIDUNGEN 54
3.3.1 Entwurf einer Komponente zum Aufzeigen der terminlichen Dringlichkeit eines Loses .54
3.3.1.1 Entwurf der Kriterienhierarchie der terminlichen Dringlichkeit 54
3.3.1.2 Entwurf des Regelwerkes zur Terminkomponente 54
3.3.2 Entwurf einer Komponente zum Aufzeigen der terminlichen Dringlichkeit eines
Batches 60
3.3.3 Entwurf einer Komponente zum Aufzeigen der Beladeeignung eines Batches 61
3.3.4 Entwurf einer Komponente zum Aufzeigen der Rüsteignung eines Batches 62
3.3.4.1 Entwurf der Kriterienhierarchie der Rüstkomponente 62
3.3.4.2 Entwurf des Regelwerkes zur Rüstkomponente 64
3.4 ERWEITERUNG DES RULE BASED DISPATCHING UM
INTERAKTIONSVERFAHREN 1NTERAGIERENDER ANLAGENGRUPPEN 69
3.4.1 Grundlagen zum Einsatz von Interaktionsverfahren im Rahmen der
Reihenfolgeplanung 69
3.4.1. l Notwendigkeit des Einsatzes von Interaktionsverfahren 69
3.4.1.2 Klassifikation von Interaktionsansätzen 69
3.4.2 Erweiterung des Rule Based Dispatching um die passive Interaktion zur
Beladeoptimierung 70
3.4.3 Erweiterung des Rule Based Dispatching um die aktive Interaktion zur
Beladeoptimierung 75
3.4.4 Einbindung der Interaktionsansätze im Rahmen des Rule Based Dispatching 80
4 ERWEITERUNG DES RULE BASED DISPATCHING UM DAS PROBLEM
DER LIEGEZEITBEGRENZUNGEN 81
4.1 LIEGEZEITBEGRENZUNG ALS KRITISCHER FAKTOR AUS
STEUERUNGSSICHT 81
4.2 EINFLUSSFAKTOREN AUF DIE LIEGFZEITPROBLEMAT1K 81
4.2.1 Definition der Begriffe Liegezeitbegrenzung, Stopp , Zwischen und Zielstelle 81
4.2.2 Prämissen zur Lösung des Problems der Liegezeitbegrenzungen 84
4.2.3 Ableitung der Einflussgrößen auf die Liegezeitproblematik 85
4.2.3.1 Übersicht über die Einflussgrößen N5
4.2.3.2 Einflussgrößen aus aujbauorganisatorischer Sicht 86
4.2.3.3 Einflussgrößen aus ablauforganisatorischer Sicht 86
4.2.3.4 Weitere Einflüsse auf die Liegezeitproblematik 89
4.2.4 Wechselwirkungen zwischen den Einflussgrößen 89
II
Inhaltsverzeichnis
4.3 ANSATZ ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS DER LIEGEZEITBEGRENZUNGEN 91
4.3.1 Ausgangsüberlegungen zur Lösung des Problems der Liegezeitbegrenzungen 91
4.3.1.1 Notwendigkeit der Regulierung des Zustroms von Losen in den Zielstellenbereich.... 91
4.3.1.2 Notwendigkeit der vorzeitigen Auslösung der Losauswahl einer Zielstellenanlage ....92
4.3.1.3 Notwendigkeit der Koordination der Anlagengruppen 94
4.3.2 Entwurf des Ansatzes zur Lösung des Problems der Liegezeitbegrenzungen 96
4.3.2.1 Entwurf des Strukturmodells zur Lösung des Problems der Liegezeitbegrenzungen ...96
4.3.2.2 Entwurf des Phasenmodells zur Lösung des Problems der Liegezeitbegrenzungen ....98
AA EINZELSCHRITTE DES PHASENMODELLS ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS DER
LIEGEZEITBEGRENZUNGEN 100
4.4.1 Phase 1: Eintreffen von Losen bei einer Stoppstellenanlagengruppe
(Losvoranmeldung) 100
4.4.2 Phase 2: Reihenfolgeplanung der Zielstellenanlagengruppen 101
4.4.2.1 Funktionsumfang 101
4.4.2.2 Erfassen der lokalen Bearbeitungsmöglichkeiten 104
4.4.2.3 Bilden der Batchzusammenstellungen 105
4.4.2.4 Überprüfen der Gültigkeit der Batchzusammenstellungen 106
4.4.2.5 Bewerten und Auswahl einer Batchzusammenstellung /(M*
4.4.2.6 Vorbereiten der Durchsetzung der Entscheidung ///
4.4.3 Phase 3: Einsteuern der gewählten Lose an den Stoppstellenanlagengruppen 112
4.4.4 Phase 4: Einsteuern der gewählten Lose an den Zielstellenanlagengruppen 113
5 BEWERTUNG DER ENTWICKELTEN ANSÄTZE ZUR LÖSUNG DES
REIHENFOLGEPROBLEMS 114
5.1 SIMULATIONSGESTÜTZTE UNTERSUCHUNG DER ENTWICKELTEN ANSÄTZE
ZUR LÖSUNG DES REIHENFOLGEPROBLEMS 114
5.1.1 Ziele der simulationsgestützten Untersuchung 114
5.1.2 Beschreibung der Versuchsanordnung 114
5.1.3 Simulationsstudie I: Untersuchungen unter Vernachlässigung von
Liegezeitbegrenzungen 118
5.1.3.1 Simulative Untersuchungen zu den marktseitigen Zielen 1IX
5.1.3.2 Simulative Untersuchungen zu den betriebsseitigen Zielen 121
5.1.4 Simulationsstudie 2: Untersuchungen unter Berücksichtigung von
Liegezeitbegrenzungen 126
5.1.4.1 Erweiterung des Simulationsmodells um das Auftreten von Liegezeitbegrenzungen. 126
5.1.4.2 Simulative Untersuchungen zu den marktseiligen Zielen 127
5.1.4.3 Simulative Untersuchungen zu den betriebsseitigen Zielen 129
5.2 EINSATZ DES RULE BASED DISPATCHING IN DER PRAXIS 131
6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK. 132
6.1 ZUSAMMENFASSUNG DER ERZIELTEN ERGEBNISSE 132
6.2 WEITERFÜHRUNG DER ENTWICKELTEN ANSÄTZE 133
LITERATURVERZEICHNIS 135
III
Abbildungsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1 Aufbau der Arbeit 3
Abbildung 2 Herstellungsprozess von Schaltkreisen [DOMASCHKE u.a. 1998, S. 985] 5
Abbildung 3 Funktionsbereiche der Waferfab [SCHMALFUSS u.a. 1999, S. 603 ff.] 6
Abbildung 4 Organisationsstruktur des Fertigungssystems 7
Abbildung 5 Assoziation zwischen dem Kundenauftrag, dem Los, der Technologie und
dem Teilschritt 10
Abbildung 6 Maschinenfolgegraph 13
Abbildung 7 Beschreibung der Ankunftsströme im Liegezeitbereich 24
Abbildung 8 Übersicht über die Verfahren zur Lösung des Reihenfolgeproblems
[Daub 1994, S. 124] 25
Abbildung 9 Arbeitsweise der Interaktionsregel VANF [ROSENBERG u.a. 1993, S. 9].... 30
Abbildung 10 Ablauf der NACH Heuristik [FOWLER u.a. 1992, S. 161] 33
Abbildung 11 Darstellung des allgemeinen Lösungsansatzes 44
Abbildung 12 Problemfelder der Reihenfolgeplanung in der Halbleiterindustrie 46
Abbildung 13 Funktionsumfang des Rule Based Dispatching auf lokaler Ebene 48
Abbildung 14 Funktion der Bildung der Batches 50
Abbildung 15 Funktion der Bewertung der Batches 52
Abbildung 16 Kriterienhierarchie zur Bestimmung der terminlichen Dringlichkeit eines
Loses (siehe auch [THIEL u.a. 1997, S. 378]) 54
Abbildung 17 Tabellarische Ermittlung der Bedeutung des Aussteuertermins eines Loses
Teil 1 57
Abbildung 18 Tabellarische Ermittlung der Bedeutung des Aussteuertermins eines Loses
Teil 2 57
Abbildung 19 Tabellarische Ermittlung der Bedeutung des Aussteuertermins eines Loses
Teil 3 58
Abbildung 20 Tabellarische Ermittlung der terminlichen Dringlichkeit eines Loses Teil
1 59
Abbildung 21 Tabellarische Ermittlung der terminlichen Dringlichkeit eines Loses Teil
2 ~ 59
Abbildung 22 Tabellarische Ermittlung zur Ermittlung der terminlichen Dringlichkeit
eines Loses Teil 3 59
Abbildung 23 Tabellarische Ermittlung zur Ermittlung der terminlichen Dringlichkeit
eines Loses Teil 4 60
Abbildung 24 Tabellarische Ermittlung zur Ermittlung der terminlichen Dringlichkeit
eines Loses Teil 5 60
Abbildung 25 Kriterienhierarchie der Rüsteignung 63
Abbildung 26 Tabellarische Ermittlung der Rüsteignung, wenn die planende Anlage die
gleiche Rüstgruppe besitzt wie das betrachtete Batch Teil 1 68
Abbildung 27 Tabellarische Ermittlung der Rüsteignung, wenn die planende Anlage die
gleiche Rüstgruppe besitzt wie das betrachtete Batch Teil 2 68
Abbildung 28 Tabellarische Ermittlung der Rüsteignung, wenn die planende Anlage nicht
die gleiche Rüstgruppe besitzt wie das betrachtete Batch 69
Abbildung 29 Prinzipielle Arbeitsweise der passiven Interaktion zur Beladeoptimierung... 70
Abbildung 30 Bestimmung des Wartenutzens eines zukünftig eintreffenden Loses 74
Abbildung 31 Arbeitsweise der aktiven Interaktion zur Beladeoptimierung 75
Abbildung 32 Liegezeitbegrenzung, Stopp , Zwischen und Zielstelle 82
Abbildung 33 Darstellung der verbrauchten und verbleibenden Liegezeit eines Loses 83
IV
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 34 Liegezeitbereich mit unterschiedlicher Anzahl von Zwischenstellen 86
Abbildung 35 Notwendigkeit der vorzeitigen Losauswahl einer Zielstellenanlage 93
Abbildung 36 Beispiel der Struktur eines Liegezeitbereiches 95
Abbildung 37 Mehrfachanfragen an Anlagen 96
Abbildung 38 Sicht eines Koordinators auf einen Liegezeitbereich 97
Abbildung 39 Architektur des Lösungsansatzes [THIEL u.a. 1998b, S. 445 ff.] 98
Abbildung 40 Funktion der Losvoranmeldung 100
Abbildung 41 Ablaufschrittc des Algorithmus zur Losauswahl an den
Zielstellenanlagengruppen 102
Abbildung 42 Erfassen der lokalen Bearbeitungsmöglichkeiten (Ablaufschritt 2) 104
Abbildung 43 Bilden der Batches an der Zielstellenanlagengruppe (Funktion 2.2.3) 105
Abbildung 44 Überprüfen der Gültigkeit der Batchzusammenstellungen (Ablaufschritt 4) 106
Abbildung 45 Bilden von StoppstellcnBatches (Funktion 2.4.2.1) 107
Abbildung 46 Zuordnen der StoppstellenBatches zu den Stoppstellenanlagen
(Funktion 4.2.2.1) 108
Abbildung 47 Bewerten der Batchzusammenstellungen (Ablaufschritt 5) 108
Abbildung 48 Vorbereiten der Durchsetzung der Entscheidung 111
Abbildung 49 Hinsteuern der Stopplose an der Stoppstelle 112
Abbildung 50 Einsteuern der Lose auf die Zielstellenanlage 113
Abbildung 51 Vereinfachter Waferprozessfluss [SCHMALFUSS u.a. 1999, S. 603] 115
Abbildung 52 Mittlere Durchlaufzeit der Lose durch das Fertigungssystem 119
Abbildung 53 Prozentualer Anteil der verspäteten Lose 120
Abbildung 54 Mittlerer Durchsatz der Lose durch das Fertigungssystem je Woche 120
Abbildung 55 Mittlerer prozentualer Anteil der Rüstzeit an der Gesamtbelegungszeit an
der Implantation A 121
Abbildung 56 Mittlerer Kapazitätsauslastungsgrad der Anlagen der Implantation A 122
Abbildung 57 Mittlerer prozentualer Anteil der Leerzeit der Anlagen der Implantation A 122
Abbildung 58 Mittlere Anzahl der gefertigten Wafer pro Woche an der Anlagengruppe
der Implantation A 123
Abbildung 59 Mittlere Wartezeit der Lose in Minuten an der Implantation A 124
Abbildung 60 Mittlerer Füllgrad der Batches an der Hochtemperatur E 125
Abbildung 61 Mittlere Wartezeit der Lose in Minuten an der Hochtemperatur E 125
Abbildung 62 Festlegung der Anlagengruppen des Liegezeitbereiches 126
Abbildung 63 Mittlerer Durchsatz der Lose durch das Fertigungssystem je Woche 127
Abbildung 64 Mittlere Durchlaufzeit der Lose durch das Fertigungssystem 128
Abbildung 65 Prozentualer Anteil der Lose mit Liegezeitüberschreitungen im
Liegezeitbercich 129
Abbildung 66 Mittlerer prozentualer Füllgrad der Batches an der Hochtemperatur H 130
Abbildung 67 Kapazitätsauslastungsgrad an der Hochtemperatur E 130
Abbildung 68 Kapazitätsauslastungsgrad an der Feinreinigung D 131
Abbildung 69 Überblick über den Weg vom ersten Ansatz zum Gesamlansat/ 135
Abbildung 70 Liegezeitbegrenzung, deren Zwischenschritte Außenbeziehungen besitzen 136
Abbildung 71 Gekoppelte Liegezeitbegrenzungen 136
Abbildung 72 Überlappte Liegezeitbegrenzungcn 136
V
Tabellenverzeichnis
T abellenverzeichnis
Tabelle 1 Klassifikation von Prioritätsregelverfahren 27
Tabelle 2 Charakterisierung der Anwendungsfälle der vorgestellten Ansätze 36
Tabelle 3 Charakterisierung der Anwendungsfälle der vorgestellten Ansätze 38
Tabelle 4 Ableitung der Aufgaben des Rule Based Dispatching aus den Problemfeldern
und deren prinzipielle Einordnung in ein Lösungsschema 46
Tabelle 5 Komponenten der Lossuperzahl 117
Tabelle 6 Einstellung der Gewichtungsfaktoren der RBD Komponente 118
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