Hierarchisches Qualifizierungsmanagement in der Halbleiterfertigung : Modellierung, Algorithmen und simulationsbasierte Leistungsbewertung

Kopp, Denny

In Halbleiterfabriken stellt die Maschinengruppe der Stepper aufgrund extrem hoher Kosten für einzelne Maschinen häufig den geplanten Engpass dar. Zur Gewährleistung einer hohen Prozessqualität (Nacharbeit, Ausbeute), ist für die Bearbeitung bestimmter Arbeitsgänge eines Produktes eine qualifizierte Maschine erforderlich. Qualifizierungsausführungen sind zeitaufwendig, sie stören den Prozess und verbrauchen einen Teil der knappen Maschinenkapazität. Maschinen können mehrere Qualifizierungen zur selben Zeit vorhalten, jedoch können diese unter bestimmten Voraussetzungen ablaufen. Um dem Aufwand einerseits und der Kapazitätsnutzung andererseits Rechnung zu tragen, soll die optimale Auswahl der richtigen Qualifizierungen zur richtigen Zeit getroffen werden. Das Problem wird aufgrund der hohen Komplexität dekomponiert, sodass mehrere Planungsebenen im Rahmen eines hierarchischen Ansatzes koordiniert werden. Entwickelte und implementierte Planungs- und Steuerungsmodule werden in einer dynamischen und stochastischen Umgebung, die durch ein Simulationsmodell einer großen Halbleiterfabrik gegeben ist, rollierend eingesetzt. Die Performance wird anhand statistischer Auswertungen globaler Leistungsmaße wie Durchsatz und Durchlaufzeit sowie qualifizierungsbezogener Kennzahlen für diverse Szenarien analysiert.

The most expensive machines in semiconductor wafer fabrication facilities are the steppers that often serve as planned bottleneck tools. The stepper equipment needs to be qualified to process lots that belong to different operations to guaranty a high process quality (rework, yield). Qualifications are time-consuming, they disrupt the flow, and parts of the scarce machine capacity will be used. Stepper can own several qualifications at the same time, but qualifications can expire under certain circumstances. The objective is to find the optimal selection of the right qualifications at the right time, while the trade-off between qualification effort and machine utilization is considered. The problem is decomposed due to its complexity and a hierarchical approach is proposed to coordinate several planning levels. Various planning and control approaches are implemented and applied in a dynamic and stochastic setting in a rolling horizon manner using a simulation model of a wafer fab. Results of simulation experiments are analyzed to assess both global performance measure values such as throughput and cycle time and qualification-related performance measures.

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Kopp, Denny: Hierarchisches Qualifizierungsmanagement in der Halbleiterfertigung. Modellierung, Algorithmen und simulationsbasierte Leistungsbewertung. Hagen 2021. FernUniversität in Hagen.

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