[논문]시스템 LSI 반도체 FAB의 납기만족을 위한 예약 기반의 디스패칭 룰

서정철; 정용호; 박상철

doi:10.7315/cadcam.2014.236

시스템 LSI 반도체 FAB의 납기만족을 위한 예약 기반의 디스패칭 룰
Reservation based Dispatching Rule for On-Time Delivery in System LSI Semiconductor FAB 원문보기

한국CAD/CAM학회논문집 = Transactions of the Society of CAD/CAM Engineers, v.19 no.3, 2014년, pp.236 - 244

서정철 (삼성전자) , 정용호 (아주대학교 산업공학과) , 박상철 (아주대학교 산업공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Presented in the paper is a reservation based dispatching rule to achieve the on-time delivery in system LSI (large scale integrated circuit) semiconductor fabrication (FAB) with urgent orders. Using the proposed reservation based dispatching rule, urgent lots can be processed without waiting in a queue. It is possible to achieve the on-time delivery of urgent orders by reserving a proper tool for the next step in advance while urgent lots are being processed at the previous step. It can cause, however, tardiness of normal lots, because the proposed rule assign urgent lots first. To solve this problem, the proposed rule tries to find the best tool for the reservation in the tool group, which can minimize idle time, and the reservation rule is applied at all tools except for photolithography tools (bottleneck). $MOZART^{(R)}$ which is developed by VMS solutions are used for simulation experiments. The experimentation results show that the reservation based dispatching rule can achieve the on-time delivery of normal lots as well as urgent lots.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문의 목적은 비메모리 반도체 공정에서의 긴급 주문의 납기 만족을 달성하고 일반 주문의 납기를 만족 시키기 위한 예약기반 디스패칭 룰을 제안하는 것이다. 제안하는 디스패칭 룰의 핵심 기술은 동적인 설비별 디스패칭 상황에서 긴급 lot의 대기를 최소화하고 설비의 가동률을 최대화 할 수 있는 예약룰이다.
본 연구에서는 긴급 주문뿐 아니라 일반 주문의 납기 만족을 최대화 하기 위한 예약기반의 디스패칭 룰을 제안한다. 제안하는 예약기반 디스패칭 룰은 설비별 디스패칭 상황에서 긴급 lot의 대기를 최소화하는 예약(reservation) 룰을 이용한다.
Ehteshami et al.은 hot lot이 시스템에서 그 외의 다른 lot들의 cycle time에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 그 결과 hot lot의 비율이 증가할수록, 다른 lot들의 cycle time의 평균과 분산이 증가한다는 것을 알 수 있었다^[9].
Urgent lot first 규칙은 본 논문에서 제안하는 디스패칭 룰의 기반이 된다. 이 규칙의 목적은 장비의 queue에 있는 lot들에 대해서 긴급 lot을 우선으로 처리하여 긴급 주문의 납기 만족을 달성하는 것이다.

제안 방법

따라서 일반 주문의 납기 지연을 최소화 할 수 있는 방법을 필요로 한다. 따라서 제안하는 규칙은 U-lot을 예약하는 장비를 선택하는데 있어서 장비의 가동률을 고려한다. U-lot의 예약을 위한 장비 선택 기준은 다음과 같다.
본 논문의 핵심 제안은 동적인 설비별 디스패칭 상황에서 긴급 lot의 대기를 최소화하고 설비의 가동률을 최대화 할 수 있는 예약룰이다. 장비는 이전 공정의 장비들에 있는 긴급 lot을 예약하여 일반 lot에 의해 긴급 lot이 대기하는 것을 방지한다.
시뮬레이션은 총 9개월 동안 수행되며, 처음 6개월은 warm-up 기간으로 간주하여, 데이터를 집계하지 않았다. 시뮬레이션 결과는 납기 지연 비율, 납기 지연된 lot들의 납기 일수, Fab out된 lot들의 평균 cycle time 그리고 설비 가동률을 이용하여 나타내었다. 시뮬레이션을 위해 일반 주문의 FF는 2.
위 세가지 데이터를 기반으로 수행한 시뮬레이션을 통해 장비 가동률, WIP 정보, Lot history 등의 결과 정보를 얻을 수 있다. 실험은 전체 주문량에서 긴급 주문이 차지하는 양이 10%, 20%, 30%일 때, 총 네 가지 디스패칭 룰에 대해서 수행하였다: ODD, Urgent Lot First, proposed rule. ODD를 계산하는 방법은 다음과 같다.
비메모리 반도체 공정의 특성상 일반 주문의 납기 만족 또한 매우 중요하기 때문에 긴급 주문에 의한 일반 주문의 납기 지연을 최소화시켜야 한다. 이를 위해 디스패칭을 수행하는 장비 외에 같은 장비 그룹내의 다른 장비까지 고려하여 장비 idle을 최소화하고 긴급 lot의 대기가 발생하지 않는 장비를 예약할 수 있도록 하였다. 또한 병목 공정인 포토 장비에는 Urgent lot first 규칙을 적용하여 장비 가동률을 높였다.
. 일반적으로 포토 장비가 병목 공정이기 때문에, 포토 장비의 가동률을 높이기 위해 장비 수와 batch size, raw processing time 등을 수정하였다. 시뮬레이션은 총 9개월 동안 수행되며, 처음 6개월은 warm-up 기간으로 간주하여, 데이터를 집계하지 않았다.
제안되는 디스패칭 룰의 실험을 위해, Measurement and Improvement of Manufacturing Capacities (MIMAC) 6 DataSet을 기반으로 하여 FAB 모델을 구축하였다^[14]. 일반적으로 포토 장비가 병목 공정이기 때문에, 포토 장비의 가동률을 높이기 위해 장비 수와 batch size, raw processing time 등을 수정하였다.
본 논문의 목적은 비메모리 반도체 공정에서의 긴급 주문의 납기 만족을 달성하고 일반 주문의 납기를 만족 시키기 위한 예약기반 디스패칭 룰을 제안하는 것이다. 제안하는 디스패칭 룰의 핵심 기술은 동적인 설비별 디스패칭 상황에서 긴급 lot의 대기를 최소화하고 설비의 가동률을 최대화 할 수 있는 예약룰이다. 예약은 긴급 lot의 대기를 최소화 하기 위해서 다음공정 도착 전에 해당 긴급 lot 이 도착하면 바로 진행 할 수 있도록 가능한 장비를 idle로 유지하는 정책이다.
본 연구에서는 긴급 주문뿐 아니라 일반 주문의 납기 만족을 최대화 하기 위한 예약기반의 디스패칭 룰을 제안한다. 제안하는 예약기반 디스패칭 룰은 설비별 디스패칭 상황에서 긴급 lot의 대기를 최소화하는 예약(reservation) 룰을 이용한다. 예약은 긴급 lot의 대기를 최소화 하기 위해서 다음공정 도착 전에 해당 긴급 lot이 도착하면 바로 진행할 수 있도록, 가능한 장비를 idle로 유지하는 정책이다.
2에서 볼 수 있듯이, 전통적인 디스패칭 룰은 장비 queue에서 대기하는 lot들의 우선순위를 결정한다. 하지만 제안되는 방법은 이전 장비에서 가공되고 있는 긴급 lot들을 고려하여 장비를 특정 긴급 lot을 위해 임시적으로 할당하여, 장비를 idle 상태로 유지시킨다. 이러한 방식으로 긴급 lot은 모든 step에서 높은 우선순위를 가지게 되며, 납기 만족을 달성하게 된다.

대상 데이터

일반적으로 포토 장비가 병목 공정이기 때문에, 포토 장비의 가동률을 높이기 위해 장비 수와 batch size, raw processing time 등을 수정하였다. 시뮬레이션은 총 9개월 동안 수행되며, 처음 6개월은 warm-up 기간으로 간주하여, 데이터를 집계하지 않았다. 시뮬레이션 결과는 납기 지연 비율, 납기 지연된 lot들의 납기 일수, Fab out된 lot들의 평균 cycle time 그리고 설비 가동률을 이용하여 나타내었다.

이론/모형

Urgent lot first 규칙은 본 논문에서 제안하는 디스패칭 룰의 기반이 된다. 이 규칙의 목적은 장비의 queue에 있는 lot들에 대해서 긴급 lot을 우선으로 처리하여 긴급 주문의 납기 만족을 달성하는 것이다.
㈜VMS solutions에서 개발한 MOZART®를 이용하여 시뮬레이션을 수행하였으며, FAB모델은 MIMAC6 DataSet을 기반으로 구축하였다.
이를 위해 디스패칭을 수행하는 장비 외에 같은 장비 그룹내의 다른 장비까지 고려하여 장비 idle을 최소화하고 긴급 lot의 대기가 발생하지 않는 장비를 예약할 수 있도록 하였다. 또한 병목 공정인 포토 장비에는 Urgent lot first 규칙을 적용하여 장비 가동률을 높였다. ㈜VMS solutions에서 개발한 MOZART^®를 이용하여 시뮬레이션을 수행하였으며, FAB모델은 MIMAC6 DataSet을 기반으로 구축하였다.
본 논문에서는 시뮬레이션을 수행하기 위해㈜VMS solutions에서 개발한 상업 소프트웨어 MOZART®를 이용하였다[13].
본 논문은 시뮬레이션을 수행하기 위해, (주)VMS solutions에서 개발한 MOZART®를 이용하였다.

성능/효과

본 논문에서 제안하는 규칙을 적용하였을때, 긴급 주문에 대한 납기 만족을 달성할 수 있었다. All Step Reservation 룰과 비교하여 포토 장비의 가동률(Tool Utilization)을 최대화하여 일반 주문의 납기 지연 또한 최소화 됨을 확인할 수 있다. Table 3은 다른 FF에서 수행된 실험이며 Table 2와 동일하게 제안하는 규칙의 경우 긴급 주문의 납기를 모두 만족함을 확인할 수 있으며, FF 2.
하지만 긴급 주문의 중요성에도 불구하고 일반 주문에 대한 납기 만족을 무시할 수 없다. 따라서 병목공정인 포토 장비의 가동률을 최대화 하여 긴급 주문에 의한 일반 주문의 납기 지연을 최소화 시키고자 포토 장비의 경우에는 예약 기능을 적용하지 않고 긴급 lot이 대기재공에 있을 경우 최우선 진행하는 룰을 제안하여 긴급 주문의 납기를 만족하고 일반 주문의 납기 또한 최소화하는 결과를 얻었다.
하지만 모든 긴급 주문의 납기를 만족시키기에는 한계가 있었다. 본 논문에서 제안하는 규칙을 적용하였을때, 긴급 주문에 대한 납기 만족을 달성할 수 있었다. All Step Reservation 룰과 비교하여 포토 장비의 가동률(Tool Utilization)을 최대화하여 일반 주문의 납기 지연 또한 최소화 됨을 확인할 수 있다.
㈜VMS solutions에서 개발한 MOZART^®를 이용하여 시뮬레이션을 수행하였으며, FAB모델은 MIMAC6 DataSet을 기반으로 구축하였다. 시뮬레이션 수행 결과, 제안되는 디스패칭 룰이 일반 주문의 납기 지연을 최소화하면서 긴급 주문의 납기 만족을 달성할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한 FF에 따라 일반 주문의 납기 만족 또한 달성할 수 있다는 것을 보여준다.
Resource 모델은 장비의 타입(table, inline, chamber, batch), 장비에 적용되는 디스패칭룰 등의 정보를 가진다. 위 세가지 데이터를 기반으로 수행한 시뮬레이션을 통해 장비 가동률, WIP 정보, Lot history 등의 결과 정보를 얻을 수 있다. 실험은 전체 주문량에서 긴급 주문이 차지하는 양이 10%, 20%, 30%일 때, 총 네 가지 디스패칭 룰에 대해서 수행하였다: ODD, Urgent Lot First, proposed rule.
즉, Urgent Orders’ rate에 따라 가능한 범위에서 FF를 조정해서 긴급 주문과 일반 주문 납기를 모두 만족시킬 수 있음을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	반도체 공정은 어떤 공정인가?	반도체 공정은 Reentrant 구조, 랜덤 수율, 혼류 생산, batch 가공, 긴 cycle time, sequence based setup 등의 특징을 가지며, 수백 개의 공정으로 이루어진 매우 복잡한 공정이다[4-6]. 또한 Fig.
	비메모리 반도체 공정의 주문은 어떻게 나눌 수 있는가?	비메모리 반도체 공정의 주문은 크게 일반 주문 (normal order)과 긴급 주문(urgent order)으로 나눌 수 있다. 긴급 주문은 일반 주문에 비해 주문량이 적으며, tight due-date를 가지며, 그로 인해 상대적으로 짧은 cycle time이 요구된다.
	반도체 공정에는 어떤 장비들이 존재하는가?	또한 Fig. 1과 같이 Table type, Inline type, Chamber type, Batch type등의 다양한 장비가 존재한다. 이러한 특징으로 인해 반도체 공정 스케쥴링을 위한 의사결정에는 어려움이 수반된다.

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상세보기
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