半導體廠單元形成之整體規劃模式構建

Abstract

半導體製造廠的佈置設計規劃技術，無論是在新廠擴建或是於工廠的設備擴充時期，皆扮演著關鍵性的角色，而一個完善的佈置設計規劃，將可幫助半導體廠在營運操作時期節省至少10%~30%的製造成本，因此半導體製造廠之佈置設計的規劃，相當值得深植於半導體製造與管理的技術領域中。本研究之目的，擬針對半導體廠之製造單元形成的規劃，亦即如何以系統化的方式將機台設備加以組織和群聚，提出一個整體規劃的考量因素與階段性的執行架構，並為達成良好之單元製造系統奠定關鍵的基礎。 本研究基於半導體製造廠在環境上以及生產上的特性，以其功能式的佈置型態為基礎，形成各自在生產特性上具有獨特性的製程區，並藉由對產品之製程流的研究與分析，來對各製程區所屬的製程流和機台設備進行單元形成之規劃，以期使整體規劃的結果能夠達成單元製造系統之生產上的效益。基於上述研究之方向，本研究提出一個五階段的整體規劃模式，分別為產品之製程流資料的分析與構建、製程區的形成與規劃、機台設備資料的分析與構建、機台數量的規劃以及製程區內製造單元形成的規劃，藉由其中階段性的目標達成，來完成最終半導體廠單元形成的規劃。 本研究最後藉由一範例的驗證，來說明此單元形成之整體規劃模式的執行方法與求解過程，而根據範例驗證的結果顯示，本規劃模式可達到所欲規劃的結果及相當程度的規劃品質，因此，可值得做為半導體製造廠在進行佈置設計規劃時，據以規劃的基礎以及執行的方向。

In an IC fabrication factory, an effective layout can reduce the operating cost as much as 10 to 30 percent. An IC fab. is a job shop with reentrant characteristics. To improve productivity, cellular manufacturing or group technology method has been widely applied in job shops without reentrant characteristics, yet rarely applied in IC fabs. This research proposes a systematic method of implementing cellular manufacturing concept in an IC fab. This method involves five major stages. In the first stage, we list the requirement of machine type and their sequence for making each operation module. An operation module comprises a set of operations, and the process plan of making a product is described by a set of operation modules. Secondly, we cluster the IC fab. into several ‘processing areas’. Thirdly, for each type of machine, we calculate its effective capacity; and in the subsequent stage, we calculate the number required to meet a given production target. In the last stage, machines in each ‘processing area’ are clustered into several groups, each group is known as a cell. A cell formation algorithm, modified from the simulated annealing algorithm, has been proposed and used in this stage. This algorithm has been tested through the manufacturing data of a typical IC fab. 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 研究範圍與限制 3 1.4 研究方法 4 第二章 文獻探討 7 2.1 半導體廠佈置設計之型態 7 2.1.1 製程導向之佈置型態 7 2.1.2 群組單元之佈置型態 11 2.2 單元形成問題 12 第三章 模式構建 31 3.1 問題分析與定義 31 3.2 單元形成模式之架構 32 3.3 製程流資料之分析與構建 35 3.4 製程區之規劃 38 3.5 機台設備資料之分析與構建 44 3.6 機台數量之規劃 55 3.7 製程區內單元形成之規劃 70 3.7.1 數學規劃模式 72 3.7.2 數學模式之可行解 76 3.7.3 演算法之構建與流程 83 3.7.4 最終最佳解之決定 86 第四章 實例驗證 90 4.1 單元形成規劃模式之執行與範例 90 4.2 資料與程式構建 91 4.3 範例演練 92 4.3.1 製程模組資料展開表構建 92 4.3.1.1 產品組合及相關製程技術組合之規劃 93 4.3.1.2 製程模組資料展開表 96 4.3.2 製程區規劃之執行與結果 98 4.3.3 機台設備資料展開表構建 99 4.3.4 機台數量規劃之結果與執行 102 4.3.5 製造單元形成之執行與結果 104 4.3.5.1 未進行單元形成規劃的製程區 105 4.3.5.2 擴散區之單元形成規劃 107 4.3.5.3 其它製程區之單元形成規劃 112 第五章 結論與建議 120 5.1 結論 120 5.2 未來研究方向 122