一种半导体生产线多产品工件合并方法
【专利摘要】一种半导体生产线多产品工件合并方法。获取半导体生产线上加工设备缓冲区待加工Lot的特征属性；通过采集到的工件特征属性，利用半导体加工工件排序复合规则，对待加工工件进行排序，形成待合并工件族；再次，利用ES\RW2和MDBH相融合的调度算法对待合并工件族进行排序，确定以拖期最小为优化目标的工件加工顺序；最后，将待合并工件族按照排序的结果，送入加工设备进行加工，计算当前一轮不同订单各Lot加权因子，为下一轮合并决策提供技术支撑作用。本发明通过优化半导体生产制造过程中不同订单相同工艺Lot加工流程及合并相同工艺菜单Lot加工时间，将会提高整个系统生产效率，降低半导体生产平均加工周期与订单拖期率。
【专利说明】一种半导体生产线多产品工件合并方法
【技术领域】
[0001] 本本发明属于半导体生产调度与控制【技术领域】，涉及一种半导体生产线多产品工 件合并方法。
【背景技术】
[0002] 半导体制造业是一个对经济发展具有重大战略价值的高技术产业，具有大规模， 高度不确定性，生产工艺复杂，约束复杂，多目标等特点，在市场需求快速变化和全球化经 济竞争加剧的情况下，半导体制造企业运作最大化生产效益与效率成为亟待解决的重要问 题。特别是针对大规模集成电路与特殊应用型集成电路类型的芯片，因为其订单量大，产品 种类多等特点，更是需要在生产过程中做好调度优化。
[0003] 目前，国内外有大量针对半导体生产调度与控制方面的研究。先前多数研究都 着眼于瓶颈设备的判定与预测方面，以及批加工设备的调度问题，而对基于工件合并的研 究比较少。其中，Liao在研究调度问题时考虑了 Lot合并的可能性；Gupta和Sivakumar 利用上游工件到达时间和交货期的信息，提出一种利用先验信息的批规则，并且注意到 Lot合并也可视为多个Lot组批成一个批的相似问题JY Bang等提出了一种工厂生产线 30%-40%的Lot不满卡情况下的工件合并方法，并提出了一些同类工件合并的规则。上述 方法或者缺少对工件合并的系统讨论，或者在对不同订单多种产品情况下的研究较少。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于公开一种半导体生产线多产品工件合并方法，重点在于通过对 不同订单，相同工艺菜单的工件的合并，提高了半导体的生产线的加工效率，降低半导体生 产平均加工周期与订单拖期率。针对半导体生产订单数量大、产品种类多等特点，提出一种 动态优化产品加权因子的思想，在每一轮工件合并之后通过计算各订单对应产品加工进度 确定订单各Lot加权因子，为下一轮合并决策提供技术支撑，利用闭环控制思想优化各订 单的加工进度。
[0005] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案。
[0006] -种半导体生产线多产品工件合并方法，该方法包含以下步骤：
[0007] 步骤1 :采集半导体生产线上处于缓冲区待加工Lot信息，获取半导体待加工Lot 的特征属性（待合并Lot晶圆数、交货期松紧度、工件剩余加工时间，Lot加权因子）；
[0008] 步骤2 :利用步骤1中采集的待加工lot信息和半导体加工工件复合排序规则，对 缓冲区待加工工件进行排序，形成待合并工件族；
[0009] 步骤2. 1，按照工件排序规则对缓冲区待加工的不满卡的Lot进行排序；其中排序 规则有：
[0010] 规则1，降序首次适应规则，对不满卡的Lot按照Lot中晶圆数量由大到小进行排 序，对排序之后的Lot序列按放满25片晶圆的目标进行合并，直到不能继续为止。
[0011] 规则2,升序首次适应规则，对不满卡的Lot按照Lot中晶圆数量由小到大进行排 序，对排序之后的Lot序列按放满25片晶圆的目标进行合并，直到不能继续为止。
[0012] 规则 3,首次适应ES/RW2 (estimated slack time per remaining work2)规则，对 不满卡的Lot按照Lot的ES/RW2值进行排序，其中ES/RW2值是刻画某一 Lot紧急程度的 综合指标，ES/RW2值越小，越紧急；对排序之后Lot序列按放满25片晶圆的目标进行合并， 直到不能继续为止。
[0013] 规则 4,首次适应 MDBH(modified dynamic batching heuristic)规则，对不满卡 的Lot按照Lot的MDBH值进行排序，其中MDBH值刻画了机器空闲时待加工工件的平均松 弛时间，当一机器空闲时，选择平均松弛时间最小的一组lot进行合并。对排序之后的Lot 序列按放满25片晶圆的目标进行合并，直到不能继续为止。
[0014] 规则5,基于等待时间的背包问题求解规则。通过解决以下0-1背包问题，来选择 哪些Lot进行合并。
【权利要求】
1. 一种半导体生产线多产品工件合并方法，其特征在于：该方法包含以下步骤， 步骤1 :采集半导体生产线上处于缓冲区待加工Lot信息，获取半导体待加工Lot的特 征属性； 步骤2 :利用步骤1中采集的待加工lot信息和半导体加工工件复合排序规则，对缓冲 区待加工工件进行排序，形成待合并工件族； 步骤2. 1，按照工件排序规则对缓冲区待加工的不满卡的Lot进行排序；其中排序规则 有： 规则1，降序首次适应规则，对不满卡的Lot按照Lot中晶圆数量由大到小进行排序，对 排序之后的Lot序列按放满25片晶圆的目标进行合并，直到不能继续为止； 规则2,升序首次适应规则，对不满卡的Lot按照Lot中晶圆数量由小到大进行排序，对 排序之后的Lot序列按放满25片晶圆的目标进行合并，直到不能继续为止； 规则3,首次适应ES/RW2规则，对不满卡的Lot按照Lot的ES/RW2值进行排序，其中ES/RW2值是刻画某一Lot紧急程度的综合指标，ES/RW2值越小，越紧急；对排序之后Lot序 列按放满25片晶圆的目标进行合并，直到不能继续为止； 规则4,首次适应MDBH规则，对不满卡的Lot按照Lot的MDBH值进行排序，其中MDBH值刻画了机器空闲时待加工工件的平均松弛时间，当一机器空闲时，选择平均松弛时间最 小的一组lot进行合并；对排序之后的Lot序列按放满25片晶圆的目标进行合并，直到不 能继续为止； 规则5,基于等待时间的背包问题求解规则；通过解决以下0-1背包问题，来选择哪些Lot进行合并；
其中，η是等待队列中Lot的数量;Wk是第k个Lot等待时间，ak是Lotk的大小即晶 圆数；b是一个满卡Lot的容量如25片，xk为布尔量，0表示选择，1表示不选择；利用动态 规划法解决这个背包问题； 对排序之后Lot序列按放满25片晶圆的目标进行合并，直到不能继续为止； 规则6,基于ES/RW2值的背包问题求解规则，此背包问题求解目标变为：
即使得越紧急的工件越先合并加工；以此为目标，求解背包问题输出一个待合并Lot的排序；对排序之后Lot序列按放满25片晶圆的目标进行合并，直到不能继续为止； 步骤2. 2对缓冲区待加工的满卡Lot，将其与已合并的lot组一起移动至步骤2. 3 ; 步骤2. 3.对已合并的lot工件组，计算每一工件组的平均松弛时间，将平均松弛时间 乘以动态优化加权因子，将lot工件组按其值由大到小排列； 步骤2. 4.利用迭代法优化步骤2. 3输出的Lot 在每一次合并决策完成后，通过lot重要性判定规则，在剩下的待合并Lot中选出一个Lot,标记为虚拟Lot; LlN丄ΛI八?J> ，J、I^ Z/OJA
以上是lot重要性判定规则，分别表示lotj的重要程度；其中X(J)是Lotj所属相同产品家族，并且在相同机器上的Lot;Y(j)是Lotj所属相同产品家族，并且在所有 机器上的Lot;Z(j)是Lotj相同机器上所有其他产品族的Lot;选出每一组<值最 大的lot为虚拟lot; 步骤2. 5.确定步骤2. 4虚拟Lot的准备时间 重置虚拟lot的准备时间，并将这些Lot作为待合并的Lot再次加入到前一次合并决 策中；重复上述过程直到合并目标没有改进； 步骤3 :确定步骤2输出工件族加工顺序 步骤3. 1在串行机上，对已合并的Lot工件族，利用ES/RW2规则确定Lot优先级，优先 级如下决定：
对于Lot:^屯是受货期，t是当如时刻，即调度决策时刻；]^是Loti中加工时间最少 的Lot的序列号；Wi是剩余加工工作量；h1是Loti和Ii之差； 对于某一待合并的Lot工件族，其ES\RW2值越小，加工优先级越高； 步骤3. 2对于批处理机，利用MDBH规则确定已合并Lot工件族的加工顺序； 选择同一产品族中松弛时间最小的进行加工；如果缓冲区中已合并lot数大于或等 于批处理机最大加工能力，则将已合并lot组批加工；否则，选择方案：1.将等待队列中的 lot组批加工；2.等待即将到达的lot再组批加工；优先选择两者中加权等待时间小的方 案； 步骤4动态反馈计算步骤3输出不同订单各Lot权重因子 步骤4. 1计算当前所有订单各产品族的完工比率T1 (j) 步骤4. 2取当前轮平均完工比率fT= (Hn)YlTlU) 步骤4. 3计算下一轮订单各Lot的权重因子P(j+1) // + l) = ^(./) + ?x(f(./)-7;(./)) 其中α作为不同订单间的权重因子，加入到Lot权重因子计算中去。
2. 根据权利要求1所述的一种半导体生产线多产品工件合并方法，其特征在于：所述 获取半导体待加工Lot的特征属性即待合并Lot晶圆数、交货期松紧度、工件剩余加工时 间，Lot加权因子。
3. 根据权利要求1所述的一种半导体生产线多产品工件合并方法，其特征在于：所述 重置虚拟lot的准备时间，并将这些Lot作为待合并的Lot再次加入到前一次合并决策中 即将前一次合并结果与这几个虚拟的Lot视作一个待合并组，再一次按之前的合并目标做 一次合并决策。
4.根据权利要求1所述的一种半导体生产线多产品工件合并方法，其特征在于：为了 更好地理解本发明的技术方案，以下对本发明的实施方式做进一步介绍； 以半导体生产调度标准模型HP24为例具体实施；该模型由24个加工中心组成，共有 72台设备，部分设备详细参数如表1所示； 表1标准模型HP24中的部分设备参数
在PlantSimulation仿真平台上采用HP24标准模型进行仿真，其中派工规则采用FIFO(，投料策略采用C0NWIP，仿真时间设为1445小时，预仿真时间设为365小时； 具体包括如下步骤： 步骤1 :采集半导体生产线上处于缓冲区待加工Lot信息，获取半导体待加工Lot的特 征属性，待合并Lot晶圆数、交货期松紧度、工件剩余加工时间，Lot加权因子； 以下给出所用到参数的的定义： 工件平均加工周期：包含工件平均加工时间和等待时间； 设备利用率：设定范围为[〇, 1]; 24台设备各缓冲区排队队长：缓冲区工件容量设为无穷大； 工件种类：定义有100种工件； 加工优先级：设定为只跟工件类型有关； 交货期松紧程度：设定为只与工件类型相关； 工件待加工操作的加工时间：工件还需在生产设备上加工时间； 工件总的剩余加工时间：工件待加工操作的加工时间与等待时间之和； 设备故障时间、设备维修时间：以固定间隔时间发生； 工件等待时间：为工件在每台设备缓冲区等待时间之和； 工件的各自完工数目：以到达回收站Drain为完成加工； 工件的总加工时间以及平均加工时间：工件的总加工时间分别除以各自完工数目即为 工件的平均加工时间； 工件拖期率：截止到订单交货期时，未完工总工件数/订单要求总共件数； 步骤2 :利用步骤1中采集的待加工lot信息和半导体加工工件复合排序规则，对缓冲 区待加工工件进行排序，形成待合并工件族； 步骤2. 1，按照工件排序规则对缓冲区待加工的不满卡的Lot进行排序；其中排序规则 有： 规则1，降序首次适应规则，对不满卡的Lot按照Lot中晶圆数量由大到小进行排序，对 排序之后的Lot序列按放满25片晶圆的目标进行合并，直到不能继续为止； 降序首次适应规则示例： 某一缓冲区待合并Lot中Lot晶圆数3 14 5 7 15 23 6 4 2 按照降序排列之后 23 15 14 7 6 5 4 3 2 合并组 （23 2) (15 7 3) (14 6 5) (4) 规则2,升序首次适应规则，对不满卡的Lot按照Lot中晶圆数量由小到大进行排序，对 排序之后的Lot序列按放满25片晶圆的目标进行合并，直到不能继续为止； 升序首次适应规则示例： 某一缓冲区待合并Lot中Lot晶圆数3 14 5 7 15 23 6 4 2 按照升序排列之后 2 3 4 5 6 7 14 15 23 合并组 （2 3 4 5 6) (7 14) (15) (23) 规则3,首次适应ES/RW2规则，对不满卡的Lot按照Lot的ES/RW2值进行排序，其中ES/RW2值是刻画某一Lot紧急程度的综合指标，ES/RW2值越小，越紧急；对排序之后Lot序 列按放满25片晶圆的目标进行合并，直到不能继续为止； 规则示例： 方框内为ES/RW2属性值 某一缓冲区待合并Lot中Lot晶圆数 3[0. 9] 14[0.3] 5[0.6] 7[0.7] 15[0.8] 23 [0. 4] 6[0. 2] 4[0. 7] 2[0, 3] 按照升序排列之后 6 [0.2] 2 [0.3] 14 [0.3] 23 [0.4] 5 [0.6] 4 [0.7] 7 [0.7] 15 [0.8] 3 [0.9] 合并组 （6 [0· 2] 2 [0· 3] 14 [0· 3]) (23 [0· 4]) (5 [0· 6] 4 [0· 7] 7[0· 7]) (15[0· 8] 3[0· 9]) 规则4,首次适应MDBH规则，对不满卡的Lot按照Lot的MDBH值进行排序，其中MDBH值刻画了机器空闲时待加工工件的平均松弛时间，当一机器空闲时，选择平均松弛时间最 小的一组lot进行合并；对排序之后的Lot序列按放满25片晶圆的目标进行合并，直到不 能继续为止； 规则5,基于等待时间的背包问题求解规则；其基本思想是，对不满卡的Lot的排序相 当于求解一个背包问题，通过合并那些等待时间最长的Lot，来减少总的加工时间；通过解 决以下一个令等待时间最大的0-1背包问题，来选择哪些Lot进行合并；
(Subject to)^",MkXk <b 其中，n是等待队列中Lot的数量;Wk是第k个Lot等待时间，ak是Lotk的大小；b是 一个Lot的容量，Xk为布尔量，0选择，1不选择；利用动态规划法可解决这个背包问题； 规则示例： 对排序之后Lot序列按放满25片晶圆的目标进行合并，直到不能继续为止； 某一待合并Lot中Lot晶圆数：3, 14, 5, 7, 15, 23, 6, 4, 2 待合并Lot对应等待时间：437, 1412, 691，1735, 1985, 1234, 1735, 962, 450 求解背包问题所得到的合并组：（3, 14, 5, 2) (7, 15) (6, 4) (23) 规则6,基于ES/RW2的背包问题求解规则，此背包问题求解目标变为：
即使得越紧急的工件越先合并进行加工；以此为目标，求解背包问题输出一个待合并Lot的排序；对排序之后Lot序列按放满25片晶圆的目标进行合并，直到不能继续为止； 步骤2. 2对缓冲区待加工的满卡Lot，将其与已合并的lot组一起移动至步骤2. 3 ; 步骤2. 3.对已合并的lot工件组，计算每一工件组的平均松弛时间，将平均松弛时间 乘以动态优化加权因子，将lot工件组按其值由大到小排列； 步骤2. 4.利用迭代法优化步骤2. 3输出的Lot 在每一次合并决策完成后，通过lot重要性判定规则，在剩下的待合并Lot中选出一个Lot,标记为虚拟Lot;
以上是lot重要性判定规则，巧，分别表示lotj的重要程度；其中X(J)是Lotj所属相同产品家族，并且在相同机器上的Lot;Y(j)是Lotj所属相同产品家族，并且在所有 机器上的Lot;Z(j)是Lotj相同机器上所有其他产品族的Lot;选出每一组$值最 大的lot为虚拟lot; 步骤2. 5.确定步骤2. 4虚拟Lot的准备时间 重置虚拟lot的准备时间，并将这些Lot作为待合并的Lot再次加入到前一次合并决 策中；重复上述过程直到合并目标没有改进； 某一待合并Lot中Lot晶圆数 3 14 5 7 15 23 6 4 2 合并组 （23 2) (15 7 3) (14 6 5) (4) 定义取出虚拟Lot中晶圆数为8 重新按照降序排列合并 则新的排序组为23 15 14 8 7 6 5 4 3 2 新的合并组变为合并组（23 2) (15 8 7) (14 6 5) (4 3) 步骤3 :确定步骤2输出工件族加工顺序 步骤3. 1在串行机上，对已合并的Lot工件族，利用ES/RW2规则确定Lot优先级，优先 级如下决定： -t+a-h I P：{n：+\)) IWnS-p^\ 对于Lot:^屯是受货期，t是当如时刻，即调度决策时刻；I1是Loti中加工时间最少 的Lot的序列号；Wi是剩余加工工作量；h1是Loti和Ii之差； 对于某一待合并的Lot工件族，其ES\RW2值越小，加工优先级越高； 步骤3. 2对于批处理机，利用MDBH规则确定已合并Lot工件族的加工顺序； 选择同一产品族中松弛时间最小的进行加工；如果缓冲区中已合并lot数大于或等 于批处理机最大加工能力，则将已合并lot组批加工；否则，选择方案：1)将等待队列中的 lot组批加工；2)等待即将到达的lot再组批加工；优先选择两者中加权等待时间小的方 案； 步骤4动态反馈计算步骤3输出不同订单各Lot权重因子 步骤4. 1计算当前所有订单各产品族的完工比率 定义订单1，2, 3, 4的α取值分别为〇. 98 0. 99 0. 98 0. 99 T1 (1) = 0. 74T2 (1) = 0. 65T3 (1) = 0. 69T4 (1) = 0. 72 步骤4. 2取当前轮平均完工比率
步骤4. 3计算下一轮订单各Lot的权重因子P(j+1) =P!(j) +aX(T(J)-T1(J)) T1 (2) = 0· 74+0. 98X (0· 7-0. 74) = 0· 7008 T2 (2) = 0. 65+0. 99X (0. 7-0. 65) = 0. 6995 T3 (2) = 0· 69+0. 98X (0· 7-0. 69) = 0· 6998 T4 (2) = 0· 72+0. 99X (0· 7-0. 72) = 0· 7002 其中α作为不同订单间的权重因子，加入到Lot权重因子计算中去。
【文档编号】G05B19/418GK104460590SQ201410573275
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月23日 优先权日:2014年10月23日
【发明者】曹政才, 黄哲骁, 郝井华, 刘民 申请人:北京化工大学