Cohérence des décisions d’ordonnancement dans les systèmes de fabrication de semi-conducteurs – Réunion GOThA – CSP – Bermudes 29/09/06 Mickaël Bureau Encadrant EMSE-CMP Stéphane Dauzère-Pérès Encadrant STMicroelectronics Léon Vermarien 1

Plan Présentation du sujet Motivation gestion des niveaux global / local Difficultés gestion des niveaux global / local Conclusion & Perspectives 2

Cadre général de la thèse Regroupe les décisions permettant une organisation efficace de la production + le niveau est élevé + l’horizon de temps est long + les modèles sont agrégés Comprend les choix d’infrastructure Niveau Stratégique Planification de la production, des stocks, de l’approvisionnement… Niveau Tactique Ordonnancement des activités de production, stockage et transport Niveau Opérationnel 3

Fabrication de semi-conducteurs Sable Back-End Lingot Test Front-End Plaquette de silicium Puce Clients Circuit intégré assemblé Fabrication des wafers 4

Fabrication de semi-conducteurs Capacité: 2500 plaquettes par semaine Flux de type "re-entrant" [Kumar1994] Plus de 400 machines 40 niveaux de masques Jusqu’à 700 étapes/produit 5

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 6

Cadre général de la thèse Regroupe les décisions permettant une organisation efficace de la production + le niveau est élevé + l’horizon de temps est long + les modèles sont agrégés Comprend les choix d’infrastructure Niveau Stratégique Planification de la production, des stocks, de l’approvisionnement… Niveau Tactique Ordonnancement des activités de production, stockage et transport Niveau Opérationnel 7

Cadre général de la thèse Regroupe les décisions permettant une organisation efficace de la production + le niveau est élevé + l’horizon de temps est long + les modèles sont agrégés Comprend les choix d’infrastructure Niveau Stratégique Planification de la production, des stocks, de l’approvisionnement… Niveau Tactique Ordonnancement des activités de production, stockage et transport Ordo. Fab Ordo. par zone 8

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] 9

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 10

Objectifs – Cadre général Yield issues Customer requests Production Plan Line balancing Equipment Utilization Strategy (trade-off between global objectives) Definition of Freedom degrees Priorities α and di Recipe throughput Batching Eqpt / Mask Availability Workload Set-up / Tuning time PM / ENG forecast Operator availability Lots Scheduling and Allocation (Which lots on which machine at what time) GLOBAL + LOCAL 11

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 12

Manufacturing Execution Fab réelle MES Fab Equipment Lots Transport Strategies ECS Priorities Scheduling dispatching MCS Decision Support Manufacturing Execution Physical system 13

Fab simulée Priority Generation Global Local Scheduling Queues Outil de Simulation Scheduling (Task to Tool) Queues Where Next Execution Control System What Next 14

AP stop & go proof of concept Simulation stops (by time interval, with a calendar, on event…) Snapshot of the fab Insertion of new priority values in the model Snapshot of the fab Insertion of new priority values in the model Priorities calculation Priorities calculation 15

Motivation Faire coïncider au mieux réalité et simulation Possibilité de tester de nouvelles stratégies globales … 16

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 17

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 18

Tests : simulation de référence 19

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 20

Tests : perturbation 21

Tests : perturbation et correction (1) 22

Tests : perturbation et correction (2) 23

Tests : comparaison 24

Résultats et difficultés Jalons chargés inégalement Réactions trop « brutales »  Intérêt de gérer par jalons Gérer différents paramètres Priorités WIP Starts … 25

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 26

Conclusion Nouveauté et motivation de la gestion des liens entre global et local Définition d’un cadre général Validation des premiers tests 27

Perspectives Tests sur un modèle de fab réelle Améliorations Cadre général Description des mécanismes d’interaction Paramètres de stratégie … 28