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[국내논문] 반도체 포토공정에서 총 가중작업흐름시간을 최소화하기 위한 스케쥴링 방법론에 관한 연구
Scheduling Algorithms for Minimizing Total Weighted Flowtime in Photolithography Workstation of FAB 원문보기

산업경영시스템학회지 = Journal of society of korea industrial and systems engineering, v.35 no.1, 2012년, pp.79 - 86  

최성우 (경기대학교 경영학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study focuses on the problem of scheduling wafer lots of several recipe(operation condition) types in the photolithography workstation in a semiconductor wafer fabrication facility, and sequence-dependent recipe set up times may be required at the photolithography machines. In addition, a lot i...

주제어

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문제 정의

  • 일반적으로 포토공정은 타 주요공정들에 비해 상대적으로 긴 공정시간, 고가의 설비, 그리고 하나의 반도체 칩이 완성되기 위해서는 매우 많은 종류의 포토공정을 거쳐야 하기 때문에 반도체 공장 내의 대표적인 병목공정으로 분류되는 경우가 많다. 따라서, 반도체 생산 시스템의 다양한 주요지표(생산성, 설비효율, 리드타임 등)를 향상시키기 위해서는 포토공정의 효율적인 일정계획 알고리듬의 개발이 매우 중요하며 본 연구에서는 포토공정에 초점을 맞추기로 한다.
  • 따라서, 본 연구에서 포토공정에 각 웨이퍼 로트들은 각각 고유한 시간을 갖고 도착하는 상황에서 앞서 설명한 공정조건준비시간, 마스크준비시간, 공정조건에 따른 진행 가능설비 제약, 포토설비에 따른 성능차이를 고려한 효율적인 일정계획 알고리듬을 개발하고자 한다. 본 일정계획 문제의 목적식은 앞서 설명하였듯이 포토공정의 총 가중작업흐름시간(total weighted flowtime)을 최소화 하는 것이다.
  • 본 연구는 결정되지 않은 로트들의 도착시간에 의해서 비결정 일정계획 문제를 다룬다. 따라서, 최적해(optimal solution)를 한정된 시간 내에 구하는 것은 불가능한 상황이며, 미리 도착시간 정보를 얻을 수 있다고 하여도 앞서 설명한 바와 같이 NP-hard 문제로 귀결된다.
  • 본 연구는 반도체 생산라인 내의 포토공정 혹은 포토설비에서 총 가중작업흐름시간(total weighted flowtime)을 최소화하기 위한 일정계획 문제를 다룬다. 포토공정에서의 일정계획 문제는 복수의 포토설비가 존재하며 설비마다 진행 가능한 공정조건들이 정해져 있고, 동일한 공정조건이라도 설비의 성능과 종류에 따라 공정시간이 다르기 때문에 이종병렬기계에서의 일정계획 문제로 정의할 수 있다.
  • 본 연구는 반도체 제조라인 내 포토공정에서 다양한 공정조건들의 로트들에 대한 스케쥴링 문제를 다루었다. 포토공정은 공정조건 준비시간과 마스크 준비시간이라는 두 종류의 중요한 작업준비 시간을 요하는 설비에서 수행된다.
  • 본 연구에서 우리는 반도체 공장의 대표 주요공정인 포토공정에서 웨이퍼 로트들의 일정계획 문제를 다룬다. 하나의 웨이퍼 로트는 웨이퍼들의 집합이며 보통 25매의 웨이퍼로 구성되어 진다.
  • 포토공정은 공정조건 준비시간과 마스크 준비시간이라는 두 종류의 중요한 작업준비 시간을 요하는 설비에서 수행된다. 본 연구에서는 다양한 공정 선택 우선순위 규칙(recipe priority rule)들과 로트 선택 우선순위 규칙(lot priority rule)들을 제안하였고, 그 조합에 의해 다양한 휴리스틱 알고리듬들을 개발하였다. 개발된 휴리스틱 알고리듬들은 시뮬레이션 테스트 결과로부터 실제 반도체 제조라인의 포토공정에서 사용되고 있는 스케쥴링 방법론(EMRF)과 비교하여 매우 우수한 성능을 보였다.
  • 이러한 리스트 스케쥴링 방법론은 임의의 포토설비가 유휴하면서 대기하고 있는 재공이 존재하는 시점 (t)에 구동하는 것이 일반적이다. 본 연구에서는 위와 같은 기본적인 리스트 스케쥴링 방법을 본 스케쥴링 문제에 적용할 수 있도록 변형, 개발하였다.
  • 실제 제조현장에서 쉽게 구현이 가능한 디스패칭(dispatching) 규칙을 이용한 리스트 스케쥴링(list scheduling) 방법론은 임의의 설비가 가용해졌을 때, 설비 앞에서 대기하고 있는 재공들 중 가장 우선순위가 높은 재공을 선택하여 그 설비에 할당하는 방법이며, 일반적으로 대기 중인 로트들의 우선순위는 미리 개발되어진 디스패칭 규칙에 의해서 결정된다[9]. 본 연구에서도 실제 반도체 제조라인에서 쉽게 구현 후 사용할 수 있는 리스트 스케쥴링 방법론을 근간으로 하는 휴리스틱 알고리듬들을 개발하였다. 이러한 리스트 스케쥴링 방법론은 임의의 포토설비가 유휴하면서 대기하고 있는 재공이 존재하는 시점 (t)에 구동하는 것이 일반적이다.
  • 따라서, 본 연구에서 포토공정에 각 웨이퍼 로트들은 각각 고유한 시간을 갖고 도착하는 상황에서 앞서 설명한 공정조건준비시간, 마스크준비시간, 공정조건에 따른 진행 가능설비 제약, 포토설비에 따른 성능차이를 고려한 효율적인 일정계획 알고리듬을 개발하고자 한다. 본 일정계획 문제의 목적식은 앞서 설명하였듯이 포토공정의 총 가중작업흐름시간(total weighted flowtime)을 최소화 하는 것이다. 본 연구의 목적식을 총 가중작업흐름시간으로 결정한 이유는 실제 반도체 제조라인에는 재고(로트)들을 보관할 버퍼(Stocker 및 Shelf)가 부족한 것이 일반적이라 가능한 빨리 로트들을 공정완료 시켜 공장 내 혹은 버퍼에서 머무르는 시간을 최소화 하는 것이 중요한 이슈이며 또한 각 로트들마다 고유의 생산계획, 납기, 특성에 따른 중요도가 다르기 때문이다.
  • LPR1-3는 이미 잘 알려진 중요도가 반영된 최소공정시간 규칙(weighted shorted processing time, WSPT, LPR3) 혹은 그로부터 변형된 총 가중흐름시간을 최소화하기 위해 개발 된 간단한 규칙이다[12]. 즉, 본 연구에서는 새롭게 개발된 공정선택(RPR) 규칙들과 기존에 상용되던 로트선택(LPR) 규칙들의 조합으로 다양한 휴리스틱 알고리듬을 개발하였다.

가설 설정

  • (2) 설비는 고장 나거나 유지보수를 하지 않는다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
웨이퍼 로트란 무엇인가? 또한, 하나의 웨이퍼 로트 내에 있는 모든 웨이퍼들은 함께 물류 이동이 되어야 하고 임의의 설비에서 함께 공정이 진행되어야 한다. 즉, 웨이퍼 로트는 최소 물류이동 단위임과 동시에 최소 공정단위이다[5].
각각의 웨이퍼 로트가 포토설비에 고유의 시간을 갖고 도착하는 이유는 무엇인가? 웨이퍼 로트들은 자신이 포함하고 있는 웨이퍼들의 제품종류와 공정진행 단계에 의해서 이번에 진행할 포토공정조건이 결정된다. 또한, 포토공정은 반도체 공장의 첫 번째 공정이 아니기 때문에 각각의 로트는 포토설비에 고유의 도착시간을 갖고 도착한다. 즉, 각 웨이퍼 로트는 각각 고유의 도착시간을 갖고 있으며, 도착할 로트들의 도착시간은 MES(manufacturing execution system)의 로트의 실시간 위치 정보와 스케쥴 정보에 의해서 비교적 정확히 예측 할 수 있다.
포토공정이 반도체 공장 내의 대표적인 병목공정으로 분류되는 경우가 많은 이유는 무엇인가? 일반적으로 포토공정은 타 주요공정들에 비해 상대적으로 긴 공정시간, 고가의 설비, 그리고 하나의 반도체 칩이 완성되기 위해서는 매우 많은 종류의 포토공정을 거쳐야 하기 때문에 반도체 공장 내의 대표적인 병목공정으로 분류되는 경우가 많다. 따라서, 반도체 생산 시스템의 다양한 주요지표(생산성, 설비효율, 리드타임 등)를 향상시키기 위해서는 포토공정의 효율적인 일정계획 알고리듬의 개발이 매우 중요하며 본 연구에서는 포토공정에 초점을 맞추기로 한다.
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참고문헌 (15)

  1. Bruno, j., Coffiman, Jr., E. G., and Sethi, G.; "Scheduling independent tasks to reduce mean finishing time,? Comunications of the ACM, 17(7) : 382-387, 1974. 

  2. Choi, S-W. and Kim, Y-D.; "Minimizing makespan on a two-machine re-entrant flowshop," Journal of the Operational Research Society, 58(7) : 972-981, 2007. 

  3. Choi, S-W. and Kim, Y-D.; "Minimizing makespan on an m-machine re-entrant flowshop," Computers and Operations Research, 35(5) : 1684-1696, 2008. 

  4. Choi, S-W. and Kim, Y-D.; "Minimizing total tardiness on a two-machine re-entrant flowshop," Journal of the Operational Research Society, 199(2) : 375-384, 2009. 

  5. Choi, S-W., Lim, T-K., and Kim Y-D.; "Heuristics for scheduling wafer lots at the deposition workstation in a semiconductor wafer fab," 36(2) : 125-137, 2010. 

  6. Kim, Y-D., Kim, J-U., Lim, S-K., and Jun, H-B.; "Duedate based scheduling and control policies in a multiproduct semiconductor wafer fabrication facility," IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing, 11(1) : 155- 164, 1998. 

  7. Lawler, E. L. and Moore, J. M.; "A functional equation and its application to resource allocation and sequencing problems," Management Science, 16(1) : 77-84, 1969. 

  8. Lee, C. Y. and Uzsoy, R.; "A new dynamic programming algorithm for the parallel machines total weighed completion time problem," Operational Research Letters, 11 : 73-75, 1992. 

  9. Lee, G-C.; "Scheduling methods for a hybrid flowshop with dynamic order arrival," Journal of the Korea Institute of Industrial Engineers, 32(4) : 373-381, 2006. 

  10. Lim, S-K., Kim, J-G., and Kang, J-G.; "A collaboration system for two-stage semiconductor manufacturing supply chain," Journal of the Korea management Engineers Society, 14(2) : 11-29, 2009. 

  11. Sung, C. S. and Choung, Y. I.; "Minimizing Makespan on a Single Burn-in Oven in Semiconductor Manufacturing," European Journal of Operational Research, 120(3) : 559- 574, 2000. 

  12. Thiagarajan, S. and Rajendra, C.; "Scheduling in dynamic assembly job-shops to minimizie the sum of weighted earliness, weighted tardiness and weighted flowtime of jobs," Computers and Industrial Engineering, 49(4) : 463-503, 2005. 

  13. Webster, S.; "A priority rule for minimizing weighted flow time in a class of parallel machine scheduling problems," European Journal of Operational Research, 70(3) : 327- 334, 1993. 

  14. Webster, S.; "A note on schedule of n jobs on two identical machines to minimize weighted mean flow time," Computers and Industrial Engineering, 26 : 795-796, 1994. 

  15. Wein, L. M.; "Scheduling semiconductor wafer fabrication," IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing, 1(3) : 115-130, 1988. 

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