专利名称：集成电路制造厂批次序列机器的制造控制方法
技术领域：
本发明涉及集成电路(IC)制造的制造系统，特别涉及批处理工作站(batchprocessing work station)的排程(scheduling work)控制系统。
由Weaver提出的美国专利第5,446,671号《在制造瓶颈中保持在处理部分的最优排序数量的预视法(Look-Ahead Method for Maintaining OptimumQueued Quantities of In-Process Parts at a Manufacturing Bottleneck)》，在其中监视潜在制造瓶颈和工作批量的优先序列。一优先序列搜寻值被指定到优先分派的工作，对每个具有生产瓶颈的产品提供最大及最小排列量值，以决定被处理批量的优先序列。一准备进行至瓶颈步骤的特定批量的制造排程，决定于其最大及最小排列量限制是否符合对既定标准的分析。若否，那么该批量有一伴随的标记设定状态，其将延迟处理直至所有其他具有清楚标记状态的批量已经处理之后。当一批量面临瓶颈时，即开始执行预视法。
由Powell提出的美国专利第5,291,397号《生产产品的资源分配和工程控制的方法》(Method for Resource Allocation and Project Control for theProduction of a Product)》描述了一减变量(slack variable)的使用，来预测基于平行处理的实际最终完成日，此减变量也用来分配生产资源，所产生的关键数据对操作者是有用的。
由Sherman提出的美国专利第5,351,195号《改善制造处理的方法(Method for Improving Manufacturing Process)》，其中描述了借助最佳工作排程来改善工作站成效的方法。数据的产生，按既定出货排程工作站中每个工序所需原料的批次大小而产生，数据也可按测量工作站和工厂成效的工作站变量(workstation variables)而产生，系统使用者使用此数据来调整工作站以改善生产线。
由Chapman提出的美国专利第5,291,394号《制造控制及容量规划方法(Manufacturing Control and Capacity Planning System)》使用一专家系统。
由Tsushima提出的美国专利第4,852,001号《工作安排方法和系统(JobScheduling Method and System)》运用工作负荷平衡法。
在制造工厂中，运转化学站的传统方法并没有任何排程控制，因而导致机器生产力的重大损失。
本发明的一个目的在于参考一化学制造工具来决定工作/批次序列的最佳组合，以提出总的最小循环时间。
本发明的另一个目的是提供一最优化工作批量序列，该工作批量通过一批次序列处理机器，用于化学清洁站的清洁(cleaning)、光阻去除(photoresistremoval)、氧化蚀刻(oxide etching)等等。
本发明方法的一个目的是考虑到配方路线(recipe route)和各自化学槽处理时间而提供一总的化学站处理时间的最大减少值，其中每个化学站包括几个处理槽。
根据本发明，一种在一制造工厂中操作一批次序列机器的方法，用以在预防保养步骤之后，最优化一通过一系列工序处理站的工作批量的工序，该工序处理站执行各种工序功能，包括下列步骤在一制造工厂中提供一批次序列机器；提供一具有数据存储作用的存储装置的数据处理系统；提供一中央处理装置，以用来(a)自该存储装置存取数据，(b)自一输入装置接收数据，(c)将数据供给该存储装置；收集用于通过各工序处理站的批量工序的间隔时间(Ii,j)；形成一通过工序处理站的批量工序的减少时间矩阵；决定一系列处理站组合的减少时间排列，该处理站用以执行所需的工序任务；及选择提供总工序时间的最大减少值的间隔时间组合。
其中形成一减少时间矩阵，以用于通过该处理站的工序批量，依据一方程式执行Ci,Cj=Rij=(Iij,1-Ii,1)+(Iij,2-Ii,2)+…+(Iij,M-IiM)设定N为工厂中群组(cluster)的配方路线的数目，Fs为炉管运转容量(Furnace run size),Cs为化学站运转容量(chemical station run size)，则群组配方数M则依据一方程式计算M=Fs÷Cs。
其中形成一减少时间矩阵，以用于通过该处理站的工序批量，依据一方程式执行Ci,Cj=Rij=(Iij,1-Ii,1)+(Iij,2-Ii,2)+…+(Iij,M-IiM)其中，随着形成该减少时间矩阵，该组合展开成N！，且处理在该展开的组合上的数据。
其中个别减少的总时间，依据一方程式计算
Ti=Ri,1+Ri,2+…+Ri,N, i=1至N！其中最大减少时间组合，依据一方程式计算最佳组合=Max{Ti,i=1至N！}根据本发明的另一特征，一种生产排程装置，用以在预防保养步骤之后操作一工序工厂，该装置包括一具有数据存储作用的存储装置的数据处理系统；一中央处理装置，以用来(a)自该存储装置存取数据，(b)自一输入装置接收数据，(c)将数据供给该存储装置；一收集用于通过各工序处理站的批量工序的间隔时间(Ii,j)的装置；一形成一通过工序处理站的批量工序的减少时间矩阵的装置；一决定一系列处理站组合的减少时间排列的装置，其中该处理站用以执行所需的工序任务；及一选择提供总工序时间的最大减少值的间隔时间组合的装置。
其中形成一减少时间矩阵，以用于通过该处理站的工序批量，依据一方程式执行Ci,Cj=Rij=(Iij,1-Ii,1)+(Iij,2-Ii,2)+…+(Iij,M-IiM)设定N为工厂中群组的配方路线的数目，Fs为炉管运转容量，Cs为化学站运转容量，则群组配方数M则依据一方程式计算M=Fs÷Cs。
其中，随着形成该减少时间矩阵，该组合展开成N！，且处理在该展开的组合上的数据。
其中个别减少的总时间，依据一方程式计算Ti=Ri,1+Ri,2+…+Ri,N, i=1至N！其中最大减少时间组合，依据一方程式计算最佳组合=Max{Ti,i=1至N！}为使本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图作详细说明如下附图的简单说明
图1A和1B显示一根据本发明的在制造工厂中化学站的控制操作方法的流程图；及图2显示一根据本发明方法的制造设备，其中合并了一被连接以控制工厂的化学站操作的中央电脑系统；及图3系显示图2的化学站组件。
一IC晶片制造工厂的排程是一个复杂的问题，原因比如持续进入的产品流、不同型的设备、产品的混合、复杂的生产工序、无法预期的优良率、及设备停止时间。
晶片工序是一层接着一层处理，几乎每层均需要一化学站(chemicalstation)来执行工序步骤，就象起始的清洁、光阻去除、氧化蚀刻等等。
一般IC晶片制造工厂运用四种类型的设备，包括批次(batch)、批次序列(batch sequential)、连续(serial)、及部分序列(part sequential)型机器(machine)，本发明所使用的化学站则运用批量序列型工序机器。
本发明的制造排程方法，提供一种用来解决IC晶片厂化学站中的批次序列型机器的排程问题。且将数学公式应用于机器排程中。
Ⅰ．符号定义N=配方路线的数目；Fs=炉管运转容量；Cs=化学站运转容量；M=每个群组(cluster)中的配方数，见下列方程式1；CN=第N个群组；IM=第M个配方的间隔时间；IN,M=第N个群组的第M个配方的间隔时间；CN,N-1=第N与N-1个群组之间的间隔时间；Rij=第i与j个群组之间的减少间隔时间；Ti=第i个组合的总减少时间；QDR=快速冲洗(Quick Dump Rinse)；SPM=硫酸、双氧水混合物(H2SO4,H2O2)；APM=氨、双氧水混合物(NH4OH,H2O2)；DHF=稀释的氢氟酸(Dilute HydroFluoric)；HPM=盐酸、双氧水混合物(HCl,H2O2)；批次序列型机器一批次序列型工序机器，将一些工作作为一个批次一起处理。例如，批次序列型工序机器在一特定起始时间延迟之后完成第一批次的处理，随后在该起始时间延迟之后的各既定间隔完成其他批次。配方路线配方路线指一在化学槽内依据产品工序的晶片通过的路线，该产品工序则受不同功能的化学站的设计限制。化学槽处理时间每个化学站包括几个化学槽，在给定的化学槽中，例如清洁、光阻去除、氧化蚀刻等等，晶片处理时间由工序工程师设定。
Ⅱ．假设1．配方群组数目根据炉管和化学站运转容量来选择。
2．所有配方运转数量相等。
3．所有化学槽的酸液的变化时间相同。
Ⅲ．方法描述图1A和1B显示一根据本发明的在制造工厂中的化学站控制操作方法的流程图，该流程图的两部分借助节点A而自图1A的方块60连接到图1B的方块62。
50为本发明方法的起始方块，其引导至方块52。
在方块52中，系统必须决定到达配置配方之处的路线(通过各槽)排列(permutations)数，以执行化学处理。系统将许多在处理工作(lots of Work InProcess)通过各种执行功能的设置，如SPM、APM、DHF及HPM，总之，方块52的步骤是定义被处理批量的配方路线数“N”，将其通过化学处理设备以执行各种不同功能。
在方块54中，紧接着方块52的步骤，由系统决定群组配方路线数，即CN=N。
在方块56中，紧接着方块54的步骤，由系统决定每个群组的配方数，即M=Fs÷Cs。
(1)在方块58中，紧接着方块56的步骤，由系统收集基本及混合模型间隔时间(base and mix model interval-times)，详细内容显示如表Ⅰ及表Ⅱ的基本及混合模型。
表Ⅰ基本模型(没有配方混合间隔时间)
表Ⅱ混合模型(包括配方混合间隔时间)
在方块60中，紧接着方块58的步骤，该系统形成一减少时间矩阵[Ci,Cj]。
表Ⅲ =Rij (2)[Ci,Cj]=(Iij,1-Ii,1)+(Iij,2-Ii,2)+…+(Iij,M-IiM) (3)在方块62中，紧接着方块60的步骤，系统展开所有的配方群组组合，以得一N种群组组合的排列数，较佳的情况是N！，亦即，N种群组的所有组合或N！组合是由该展开步骤决定的。
方块集合64A、64B、…、64X，显示该系统自1、2、…、N！，或在方块62的步骤之后的N阶乘，来展开所有的配方群组组合。
在方块66中，紧接着方块64A-64X的步骤，该系统依据下列方程式4来计算各组合的总减少时间，如下列所示Ti=Ri,1+Ri,2+…+Ri,N(4)在方块68中，最佳组合(最佳排程组合)已经决定，该系统依据下列方程式5选择最大总减少时间组合，如下列所示最佳组合=Max{Ti,i=1至N！} (5)实施例Ⅰ．背景EQID:1-UTC1功能超清洁(Ultra Clean)化学站。EQID=设备识别证(Equipment Identification)，且1-UTCl是一种由现场流程控制系统(shop flow control system)使用的设备形式。Ⅱ．应用方法1．定义配方路线N=4序号 配方(Recipe) 路线(Route)1 111 SPM→APM→DHF→HPM2 141 SPM→APM3 171 SPM4 181 SPM →→ DHF2．群组配方路线=CN例如，由于炉管运转容量(Fs=6批量)及化学站运转容量(Cs=2批量)，可决定群组配方路线至CN种(C1、C2、C3、C4)。
每一群组的配方数“M”为3，其可使用方程式1计算而得，如下列所示M=Fs÷Cs=6÷2=3C1:111→111→111C2:141→141→141C3:171→171→171C4:181→181→1813．收集彼此的群组间隔时间，且形成减少时间矩阵(单位分钟)3-1如表Ⅳ、表Ⅴ显示，收集群组间隔时间。
表Ⅳ
表Ⅴ
3-2形成如表Ⅵ的减少时间矩阵表Ⅵ
4．展开所有的配方群组组合并计算总时间减少的结果4-1．展开所有N！的组合如下N！=4！=4×3×2×1=24该N！的组合详列如表Ⅶ所示表Ⅶ
5．选择具有最大总时间减少的组合，参考方程式5和表Ⅶ，该时间以方程式5a、5b计算如下最佳组合=Max×{Ti,i=1至4！}(5a)={T2,T5}=9分钟 (5b)值T2,T5来自属于N！组合表的表Ⅶ，用以及时在搜寻表Ⅶ之后找到最大减少值。在上述方程式中，由于所得的值为所有时间取两个减少的时间值，因此9分钟的值来自表Ⅶ的最后一栏，总时间Ti减少的最大值为T2、T5即9分钟。化学站1-UTC1配方排程A．群组路线C1C2C4C3配方路线111-111-111-141-141-141-181-181-181-171-171-171B．群组路线C1C4C2C3配方路线111-111-111-181-181-181-141-141-141-171-171-171如下表Ⅷ所提供的，用以易于了解化学站1-UTC1的物质结构。表Ⅷ<
QDR快速清洗SPM硫酸双氧水混合物APM氨、双氧水混合物DHF稀释的氢氟酸HPM盐酸双氧水混合物QDR,SPM,DHF(B)循环，(A)不循环，(C)不循环图2显示一根据本发明方法的制造设备，其合并一连接到制造工厂40的批次序列机器控制操作室的中央电脑系统10。
中央电脑系统10包括一中央处理单元CPU11，其连接到一直接存取存储装置DASD14(亦即一磁盘机)，和随机存取存储装置(RAM)15，此外，CPU11被连接到监视器(MON)12和键盘13，两者都用作终端17，以由CPU操作者在键盘键入数据，并提供其他传统交互功能。监视器12包括一显示荧屏，用来显示自中央CPU11送到操作者的数据，以在图2系统操作期间作转换图形特征的选择。
CPU11借助线26连接到工厂40的工厂CPU21，工厂40包括一化学站电脑控制系统20以及一由制造工具组成的化学站37。其在化学站电脑控制系统20的控制下，执行许多在工序中的制造步骤。
其次，工厂CPU21连接到一直接存取存储装置DASD24(即亦一磁盘机)和随机存取存储装置(RAM)25，此外，工厂CPU21连接到监视器(MON)22和键盘(KB)23，两者都用作终端27，以由操作者在键盘键入数据，并提供其他传统交互功能。监视器22包括一显示荧屏，用来显示自中央CPU21送到工厂操作者的数据，以在图2系统操作期间作转换图形特征的选择。
CPU21借助线36连接到化学站37，用以收集来自化学站37的数据及传送指令至化学站37。
直接存取存储装置DASD14中存入程序以在工厂中执行化学站的制造控制方法，该程序在计划周期被存取，用以经由制造工厂40的操作来执行化学工序。CPU21收集来自化学站37的数据，用以决定在化学站的装置操作情形，比如在化学站的炉管和化学机器，以及提供与化学站的操作有关的参数，以在CPU11的程序执行期间使用。
图3显示图2的化学站37中用以根据本发明操作的槽42-45。该站包括SPM槽42(硫酸双氧水混合物)，APM槽43(氨、双氧水混合物)，DHF槽44(稀释的氢氟酸)，及HPM槽45(盐酸双氧水混合物)。这些槽42-45借助线路36连接到制造工厂CPU21，在图3的站为一超清洗化学站。
虽然本发明已以一较佳实施例予以揭示，然而其并非用以限定本发明，任何熟习此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内可对本发明做许多更动与修饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求书所限定的为准。
权利要求
1．一种在一制造工厂中操作一批次序列机器的方法，用以在预防保养步骤之后，最优化一通过一系列工序处理站的工作批量的工序，该工序处理站执行各种工序功能，包括下列步骤在一制造工厂中提供一批次序列机器；提供一具有数据存储作用的存储装置的数据处理系统；提供一中央处理装置，以用来(a)自该存储装置存取数据，(b)自一输入装置接收数据，(c)将数据供给该存储装置；收集用于通过各工序处理站的批量工序的间隔时间(Ii,j)；形成一通过工序处理站的批量工序的减少时间矩阵；决定一系列处理站组合的减少时间排列，该处理站用以执行所需的工序任务；及选择提供总工序时间的最大减少值的间隔时间组合。
2．如权利要求1所述的方法，其中形成一减少时间矩阵，以用于通过该处理站的工序批量，依据一方程式执行Ci,Cj=Rij=(Iij,1-Ii,1)+(Iij,2-Ii,2)+…+(Iij,M-IiM)
3．如权利要求1所述的方法，其中，M为群组配方数，设定N为工厂中群组的配方路线的数目，Fs为炉管运转容量，Cs为化学站运转容量，则上述的群组配方数M则依据一方程式计算M=Fs÷Cs。
4．如权利要求3所述的方法，其中形成一减少时间矩阵，以用于通过该处理站的工序批量，依据一方程式执行Ci,Cj=Rij=(Iij,1-Ii,1)+(Iij,-2Ii,2)+…+(Iij,M-IiM)
5．如权利要求3所述的方法，其中，随着形成该减少时间矩阵，该组合展开成N！，且处理在该展开的组合上的数据。
6．如权利要求4所述的方法，其中，随着形成该减少时间矩阵，该组合展开成N！，且处理在该展开的组合上的数据。
7．如权利要求1所述的方法，其中个别减少的总时间依据一方程式计算Ti=Ri,1+Ri,2+…Ri,N, i=1至N！
8．如权利要求2所述的方法，其中个别减少的总时间依据一方程式计算Ti=Ri,1+Ri,2+…Ri,N, i=1至N！
9．如权利要求3所述的方法，其中个别减少的总时间依据一方程式计算Ti=Ri,1+Ri,2+…Ri,N, i=1至N！
10．如权利要求4所述的方法，其中个别减少的总时间依据一方程式计算Ti=Ri,1+Ri,2+…Ri,N, i=1至N！
11．如权利要求5所述的方法，其中个别减少的总时间依据一方程式计算Ti=Ri,1+Ri,2+…Ri,N, i=1至N！
12．如权利要求6所述的方法，其中个别减少的总时间依据一方程式计算Ti=Ri,1+Ri,2+…Ri,N, i=1至N！
13．如权利要求1所述的方法，其中最大减少时间组合依据一方程式计算最佳组合=Max{Ti,i=1至N！}
14．如权利要求2所述的方法，其中最大减少时间组合依据一方程式计算最佳组合=Max{Ti,i=1至N！}
15．如权利要求3所述的方法，其中最大减少时间组合依据一方程式计算最佳组合=Max{Ti,i=1至N！}
16．如权利要求4所述的方法，其中最大减少时间组合依据一方程式计算最佳组合=Max{Ti,i=1至N！}
17．如权利要求5所述的方法，其中最大减少时间组合依据一方程式计算最佳组合=Max{Ti,i=1至N！}
18．如权利要求6所述的方法，其中最大减少时间组合依据一方程式计算最佳组合=Max{Ti,i=1至N！}
19．如权利要求7所述的方法，其中最大减少时间组合依据一方程式计算最佳组合=Max{Ti,i=1至N！}
20．如权利要求8所述的方法，其中最大减少时间组合依据一方程式计算最佳组合=Max{Ti,i=1至N！}
21．如权利要求9所述的方法，其中最大减少时间组合依据一方程式计算最佳组合=Max{Ti,i=1至N！}
22．如权利要求10所述的方法，其中最大减少时间组合依据一方程式计算最佳组合=Max{Ti,i=1至N！}
23．如权利要求11所述的方法，其中最大减少时间组合依据一方程式计算最佳组合=Max{Ti,i=1至N！}
24．如权利要求12所述的方法，其中最大减少时间组合依据一方程式计算最佳组合=Max{Ti,i=1至N！}
25．一种生产排程装置，用以在预防保养步骤之后操作一制造工厂，该装置包括一具有数据储存作用的存储装置的数据处理系统；一中央处理装置，以用来(a)自该存储装置存取数据，(b)自一输入装置接收数据，(c)将数据供给该存储装置；一收集用于通过各工序处理站的批量工序的间隔时间(Ii,j)的装置；一形成一通过工序处理站的批量工序的减少时间矩阵的装置；一决定一系列处理站组合的减少时间排列的装置，其中该处理站用以执行所需的工序任务；及一选择提供总工序时间的最大减少值的间隔时间组合的装置。
26．如权利要求25所述的装置，其中形成一减少时间矩阵，以用于通过该处理站的工序批量，依据一方程式执行Ci,Cj=Rij=(Iij,1-Ii,1)+(Iij,2-Ii,2)+…+(Iij,M-Ii,M)
27．如权利要求26所述的装置，其中，M为群组配方数，设定N为工厂中群组的配方路线的数目，Fs为炉管运转容量，Cs化学站运转容量，则上述的群组配方数M则依据一方程式计算M=Fs÷Cs。
28．如权利要求27所述的装置，其中提供一装置，以形成一减少时间矩阵，以用于通过该处理站的工序批量，依据一方程式执行Ci,Cj=Rij=(Iij,1-Ii,1)+(Iij,2-Ii,2)+…+(Iij,M-IiM)
29．如权利要求28所述的装置，其中，提供一装置，随着形成该减少时间矩阵，该组合展开成N！，且处理在该展开的组合上的数据。
30．如权利要求29所述的装置，其中提供一装置，以使个别减少的总时间依据一方程式计算Ti=Ri,1+Ri,2+…+Ri,N, i=1至N！
31．如权利要求30所述的装置，其中提供一装置，以使最大减少时间组合依据一方程式计算最佳组合=Max{Ti,i=1至N！}
全文摘要
一种在制造工厂中操作批次序列机器的方法,用以最优化一通过一系列工序处理站的工作批量的工序,该工序处理站执行各种工序功能,该方法包括下列步骤:收集用于通过各工序处理站的批量工序的间隔时间(I
文档编号G06F9/38GK1232211SQ9810629
公开日1999年10月20日 申请日期1998年4月13日 优先权日1998年4月13日
发明者谢铭, 潘寅生, 曾鸿辉 申请人:世界先进积体电路股份有限公司