Mickaël Bureau Encadrant EMSE-CMP Stéphane Dauzère-Pérès Encadrant STMicroelectronics

1. 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

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

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

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

5. 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

6. 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

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

8. Cadre général de la thèse Regroupe les décisions permettant une organisation efficace de la production Comprend les choix d’infrastructure + le niveau est élevé + l’horizon de temps est long + les modèles sont agrégés 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

9. 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

10. 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

11. + Yield issues Customer requests Production Plan Line balancing Equipment Utilization GLOBAL Priorities + + Strategy (trade-off between global objectives) Definition of Freedom degrees 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) LOCAL Objectifs – Cadre général 11

12. 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

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

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

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

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

17. 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

18. 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

19. Tests : simulation de référence 19

20. 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

21. Tests : perturbation 21

22. Tests : perturbation et correction (1) 22

23. Tests : perturbation et correction (2) 23

24. Tests : comparaison 24

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

26. 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

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

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