Semiconductor manufacturing includes dynamic process variation such as machine failure, hot-run, and an operation time variation. The dynamic process variation is one of major causes of throughput decrease, degradation of wafer quality, and inefficient utilization of raw material. Wafer processing by integrated single-wafer processing tools has become a prevalent manufacturing methodology in recent semiconductor industry. This thesis presents two effective methods that can manage the dynamic process variation of the integrated single-wafer processing tools for performance improvement of the tools, and the presented methods are integrated into the simulator of the tools.
One method manages contingency such as machine failure and hot-run. Wafers under processes can be continuously progressed despite of an occurrence of the contingency by this method. The other method manages an operation time variation caused by noise and APC (Advanced Process Control). This method is to regulate a pre-calculated schedule, which makes it possible for the schedule to be executed despite an environment where an operation time varies. The two presented methods are integrated into execution system of the simulator. The execution system of the simulator is a module component that acts such as line-MES (Manufacturing Execution System) in real semiconductor manufacturing.
The execution system including the presented methods is evaluated through simulations. Operable wafers under processes are progressed after an occurrence of machine failure and hot-run. A pre-calculated schedule including a schedule from an advanced scheduling algorithm is executed by regulating the schedule, when an operation time varies. The number of a rescheduling decreases considerably.
The presented methods that manage dynamic process variation can increase throughput of the tools, quality of wafers, and utilization efficiency of raw material. The improvement of performances is verified through the simulations. The save of wafers under processes suggests that utilization efficiency of raw material and throughput of the tools increase. The use of an advanced scheduling algorithm increases throughput by optimal schedule from the algorithm, and an exact execution of an operation according to a varied operation time makes quality of wafers high. Also, the presented methods can be applied to real semiconductor manufacturing for performance increase of integrated single-wafer processing tools.
본 연구에서는 반도체 생산장비 중 매엽식 반도체 통합제조장비(Integrated single-wafer processing tools)에서의 동적인 공정 변화(Dynamic process variation)를 효과적으로 처리하여 장비의 성능을 향상시킬 수 방법들을 제안하고 검증하고자 한다. 또한, 정확하고 효과적으로 scheduling algorithm을 평가하기 위해 동적인 공정 변화를 충분히 표현할 수 있도록 시뮬레이터를 구현하고, 제안된 방법들을 시뮬레이터 내 실행시스템(Execution system)으로 구현하고자 한다. 동적인 공정 변화는 기계고장(Machine failure), 긴급주문(Hot-run), 그리고 공정 모듈의 공정 시간의 변화(Operation time variation)를 포함하며, 각 상황은 모두 생산량을 감소시키게 된다.
본 연구에서 동적인 공정 변화를 크게 예외상황과 공정 모듈의 공정 시간의 변화로 나누었으며, 각 경우들을 처리할 수 있는 방법들을 다음과 같이 제안한다. 기계고장과 긴급주문은 예외상황으로 분류되어 일괄적으로 처리된다. 예외상황을 처리하는 방법은 예외상황이 발생하더라도 장비 내의 작업 중인 wafer들과 FOUP(Front Opening Unified Pod)에 있는 작업이 시작되지 않은 wafer들의 작업이 계속 진행될 수 있도록 하며 기계고장의 경우 장비를 부분적으로라도 가동할 수 있게 한다.
매엽식 반도체 통합제조장비의 특징들과 공정 모듈의 공정 시간의 변화로 인해 최적의 schedule을 계산할 수 있는 고급의 scheduling algorithm은 적용이 용이하지 않다. 공정 시간의 변화를 처리하는 방법은 최적의schedule을 공정 시간(Operation time)이 변하는 환경에서도 실행될 수 있게 schedule을 조정한다. 변화가 발생할 때마다 실시간으로 schedule을 조정해 줌으로써 가능한 오래 최적의 schedule이 사용될 수 있도록 하여 rescheduling 횟수를 현저히 감소시킨다.
예외상황 처리방법을 통해 작업중인 웨이퍼들을 계속 진행 시킴으로써 생산성을 증가시키고 원재료의 사용률을 높일 수 있으며, 공정 시간의 변화를 처리하는 방법을 통해 고급의 scheduling algorithm을 사용할 수 있게 함으로써 생산성을 증가시킬 수 있다. 위와 같은 결과는 구현된 simulator를 통하여 검증을 하였으며, 현장의 line-MES(Manufacturing Execution System)와 같은 역할을 하도록 simulator 내에 모듈로 구현된 실행시스템(Execution system)은 실제 생산현장으로의 적용도 가능하다.
