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Cohérence des décisions d’ordonnancement dans les

systèmes de fabrication de semi-conducteurs

– Réunion GOThA – CSP – Bermudes

29/09/06

Mickaël Bureau

Encadrant EMSE-CMPStéphane Dauzère-Pérès

Encadrant STMicroelectronicsLéon Vermarien

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Plan

Présentation du sujet

Motivation gestion des niveaux global /

local

Difficultés gestion des niveaux global /

local

Conclusion & Perspectives

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Cadre général de la thèse

Niveau Tactique

NiveauStratégique

Comprend les choix d’infrastructure

Planification de la production, des stocks, de l’approvisionnement…Ordonnancement des activités de production, stockage et transport

+ le niveau est élevé

+ l’horizon de temps est long

+ les modèles sont agrégés

Regroupe les décisions permettant une organisation efficace de la production

Niveau Opérationnel

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Fabrication de semi-conducteurs

Back-End

Circuit intégré assemblé

Front-End

Puce

Plaquette de silicium

Lingot

Sable

Test

Clients

Fabrication des wafers

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Fabrication de semi-conducteurs

Flux de type "re-entrant" [Kumar1994]

Photo-lithographie

GravureImplantation

Strippage

Métallisation DépositionOxydation

Polissage

Plus de400 machines

Jusqu’à 700étapes/produit

Capacité: 2500 plaquettes

par semaine

40 niveaux de masques

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Cadre général de la thèse Fabrication de semi-conducteurs

• Nombre important d’opérations (400 à 700 par lot)

• Flots réentrants (en-cours de 800 à 1000 plaquettes)

• Différentes types de machines (parallèle, batch, cluster : jusqu’à 400 machines)

• Maintenances préventives, taux de pannes élevé

Différents niveaux d’ordonnancement• Fab entière• Par zone

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Cadre général de la thèse

Niveau Tactique

NiveauStratégique

Comprend les choix d’infrastructure

Planification de la production, des stocks, de l’approvisionnement…Ordonnancement des activités de production, stockage et transport

+ le niveau est élevé

+ l’horizon de temps est long

+ les modèles sont agrégés

Regroupe les décisions permettant une organisation efficace de la production

Niveau Opérationnel

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Cadre général de la thèse

Niveau Tactique

NiveauStratégique

Comprend les choix d’infrastructure

Planification de la production, des stocks, de l’approvisionnement…Ordonnancement des activités de production, stockage et transport

+ le niveau est élevé

+ l’horizon de temps est long

+ les modèles sont agrégés

Regroupe les décisions permettant une organisation efficace de la production

Ordo. Fab

Ordo. par zone

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Bibliographie

Recherches par niveau• Global

–Review [Uzsoy et al. 1992]–Dispatching rules [Rose et al. 2003]–Simulation [Qu and Mason 2005]

• Local–Photolithography [Akçali and Uzsoy 2000]–Bottleneck [Rose 1998]

Pas de recherches sur les liens entre niveaux [Sarin 2006]

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Sujet

Cohérence entre les différents niveaux de prise de décision• Global / Local en ordonnancement• Planification / Ordonnancement

Gestion des niveaux global et local• Etude des interactions• Définition d’un framework• Proposer et valider des règles

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Objectifs – Cadre général

Yield issuesCustomer requestsProduction PlanLine balancingEquipment Utilization

Strategy (trade-off between global objectives)Definition of Freedom degrees

Priorities

α and di

Recipe throughputBatchingEqpt / Mask AvailabilityWorkloadSet-up / Tuning timePM / ENG forecastOperator availability

Lots Scheduling and Allocation (Which lots on which machine at what time)

GLOBAL

+

+ +

LOCAL

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Objectifs – Outils

Autosched AP

• Logiciel de simulation dynamique à

évènements discrets et capacité finie

• Permet de modéliser la fab de manière

détaillée

Utilisation d’un nouveau concept

Stop & Go

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Fab réelle

Fab-Equipment

-Lots

-Transport

ECS

MES

MCS

Physical

system

Manufacturing

Execution

Decision

Support

Strategies

Scheduling

dispatching

Priorities

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QueuesExecution

ControlSystem

PriorityGeneration

Scheduling(Task to Tool)

Where Next

What Next

Outil de Simulation

Fab simulée

GlobalLocal

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AP stop & go proof of concept

Snapshot of the fab

Priorities calculatio

n

Insertion of new priority values in the

model

Snapshot of the fab

Priorities calculatio

n

Simulation stops(by time interval, with a calendar,

on event…)

Insertion of new priority values in the

model

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Motivation

Faire coïncider au mieux réalité et

simulation

Possibilité de tester de nouvelles

stratégies globales

…

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Expérimentation

2 produits (01A et 02B)• Routes similaires, hormis certaines opérations

supprimées pour le produit 02B• Divisions des routes en 10 jalons

Fab chargée pour 2500 pièces par semaine• Fab chargée et stabilisée en début de simulation• Lancement de lots toutes les 252 (01A) et 168

(02B) min Simulation sur 180 jours Collecte de données tous les 10 jours

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Tests

Mise en place de l’extension stop & go• Suspension de simulation• Steady state

Perturbations• Simple• Analyse par jalon

Moyens de réaction aux perturbations• Priorités• Starts

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Tests : simulation de référence

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Tests : perturbation

2 familles d’équipements• 5 et 6 machines par famille• Chaque route qualifiée sur la moitié des

équipements

Mise en panne de la moitié de ces

équipements• Au bout de 10 jours de simulation• Pour une durée de 20 jours Blocage de la route 1

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Tests : perturbation

22

Tests : perturbation et correction (1)

23

Tests : perturbation et correction (2)

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Tests : comparaison

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Résultats et difficultés

Jalons chargés inégalementRéactions trop « brutales »

Intérêt de gérer par jalons

Gérer différents paramètres• Priorités• WIP• Starts• …

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Résultats et difficultés

Quand réagir ?• Quand le WIP dépasse un certain seuil• Quand une panne dure plus d’un certain

temps• …

Comment réagir ?• Augmenter les priorités pendant un

certain temps• Diminuer les lancements de lots• Imposer des paramètres de stratégie• …

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Conclusion

Nouveauté et motivation de la gestion

des liens entre global et local

Définition d’un cadre général

Validation des premiers tests

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Perspectives

Tests sur un modèle de fab réelle

Améliorations

• Cadre général

• Description des mécanismes d’interaction

• Paramètres de stratégie

…