半导体晶圆制造中操作工数量的配置

发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:626

潘峰，钱省三

（上海理工大学工业工程研究所微电子发展研究中心，上海 200093）

摘要：对半导体制造中员工人数的配置问题进行了研究，提出了操作工人数的长期决策和短期决策两种情况，并用仿真模拟的方法对操作工数量需求进行动态研究，而非传统的静态模型。本文还对目前评价操作工绩效的指标进行了阐述，提出了在制品利用率作为评价指标。

关键词：人数配置；仿真模拟；在制品利用率

中图分类号： tp273 文献标识码：a 文章编号：1003-353x(2005)01-0041-05

1前言

半导体晶圆制造是一个设备资金密集型的工业。比较典型的晶圆制造厂拥有大约300－500台设备，这些设备可以被大致分为上百个设备组，在一个设备组中有几台功能相同的加工设备。在生产车间中，几个操作工负责若干个设备组，这几个设备组一般都属于一个工作区。在生产中，操作工主要负责的两项任务是装载和卸载晶圆片。如果操作工没有及时装载和卸载晶圆片，设备就会出现空闲等待时间，造成设备在时间上的浪费。这种由于操作工未及时上、下加工产品而导致的设备时间的浪费，其代价是十分昂贵的，会导致设备生产能力的直接损失以及产品加工周期时间的延长。

有些研究者对操作工的决策问题进行了研究。 bonal [1]等人建立了一个静态模型，而模型中的数据是通过制造执行系统（mes）来获得的。这个静态模型是以周为单位，计算出一个设备组所需要的操作工的工作时间以及一个操作工可以提供的最大可用时间，通过考虑操作工的可用率，可以决策出需要的操作工人数。然而，在这个静态模型中，设备干涉问题都被忽略了。设备干涉问题是指在同一时刻，需要操作工的设备数量比可用操作工数量要多，这样就会造成生产能力的损失。有些研究者提出了用m/m/s排队模型[2]来分析由于设备干涉问题而造成的生产的损失。在这个模型中，把设备看成客户，操作者被看成服务者。 meyersdorf[2]等人提出另外一种排队模型分析了此问题，把晶圆片看成客户，操作工看成服务者。以上这些研究都是基于排队理论来计算每周需要的操作工的最小数量，所产生的一些生产损失在可容忍的范围之内。

本文提出了关于操作工数量分配的长期决策和短期决策，并利用仿真的方法对此问题进行模拟。

2 长期决策

首先通过生产计划可以确定每个设备组的负载情况，即产品需要消耗此设备组的加工时间是多少。每个工作区要安排多少操作工是要考虑的问题，目标是使人力成本达到最小。操作工的服务时间包括上、下晶圆片的时间及清洗或维修设备的时间。在第t个月，设备组j需要的人力时间为xj(t)。在设备组j上、下工件的时间为mj，第t个月有nj(t)个工序要在设备组j上完成。rj(t)表示第t个月设备组j的清洗维修时间。因此，操作工每月的时

e：加班的每个操作工的报酬（￥/人·班）；

a：操作工的可用率；

t：此问题包含的时间长度。

表达式第一项代表操作工的常规成本，第二项代表加班额外成本，向上取整数。若提高负责设备组的操作工人数 pj，正常成本就会提高，额外加班成本就会降低。因此人力成本函数是一个凸函数，我们的目标是找到此函数的最小值。

在进行仿真研究时，可以设定两个评价指标：即生产周期时间和服务率。生产周期时间是指一个工件在某个机台上进行加工的平均时间。服务率是指实际产出与计划产出的比值。可以设定生产周期时间的上限 t或者服务率的下限s，当某个设备组的模拟结果不满足绩效要求时，就增加一名操作工，再次模拟[3]。

3 短期决策

对短期决策而言，每个设备组每一班都会有不同的负载情况，而这些数据是通过车间层控制系统来获得的。数据给出了操作工要完成的晶圆种类和数量，同时也就可以得出每个设备组的负载情况。

在短期决策中，由于操作工的数量是无法在短时间内改变的，可以认为是固定的，每个设备组所分配到的操作工数量也就不会和所计算出的需求数量一致，因此需要不断在设备组之间调整操作工的数量。虽然瓶颈设备需要更多的操作人员以保证瓶颈设备的产出率，但是如果分配给瓶颈设备组太多的操作人员，就势必减少其他设备组的操作工数量，容易导致那