Gestion des qualifications et planification de production en boucle fermée dans la fabrications des semiconducteurs

Qualification Management and Closed-Loop Production Planning in Semiconductor Manufacturing

• Auteur / Autrice : Mehdi Rowshannahad
• Direction : Stéphane Dauzère-Pérès, Nabil Absi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Industriel
• Date : Soutenance le 26/05/2015
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE
• Ecole(s) doctorale(s) : Ed Sis 488
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : SOITEC
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département Sciences de la Fabrication et Logistique
• Jury : Président / Présidente : Marc Sevaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Dauzère-Pérès, Nabil Absi, Marc Sevaux, Bernard Penz, Farouk Yalaoui, Jan C. Fransoo, Bernard Cassini
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bernard Penz, Farouk Yalaoui

Mots clés

Mots clés contrôlés

Production -- Planification

Organisation industrielle

Procédés de fabrication

Semiconducteurs

Mots clés libres

Industrie des semi-conducteurs

Gestion des qualifications

Flexibilité

Variabilité

Equilibrage de charge

Batching

Planification de la capacité

Dimensionement de lots bi-niveau à capacité finie

Produits dérivés

Refabrication

Planification de production en boucle fermée

Optimisation

Semiconductor manufacturing

Qualification management

Flexibility

Variability

Workload balancing

Batching

Capacity planning

Bi-level capacitated lot-sizing

By-production

Remanufacturing

Closed-loop production planning

Optimization

Résumé

La thèse est composée de deux parties. La première partie traite de la gestion des qualifications dans l'industrie des semi-conducteurs. La contrainte de qualification définit l'éligibilité d'une machine à processer un produit. La gestion des qualifications nécessite de résoudre un problème d'allocation et d'équilibrage des charges sur des machines parallèles non-identiques et partiellement reconfigurables. Nous avons défini et introduit des indicateurs pour la gestion des qualifications en tenant compte de la capacité des équipements ainsi que la contrainte de regroupements de lots (batching). Plusieurs algorithmes d'équilibrage de charge sont proposés et validés pour le calcul de la charge optimale sur un parc d'équipements. Ce concept est industrialisé au sein de l'entreprise Soitec et fait partie du processus de prise de décision.La deuxième partie de la thèse porte sur la planification de production en boucle fermée. Le processus de fabrication des plaques SOI à Soitec s'appuie sur la Technologie Smart-Cut. En utilisant cette technologie, une des deux matières premières peut être réutilisée à plusieurs reprises pour la fabrication des produits finis. Le couplage de deux lignes de production crée un système manufacturier en boucle fermée. Nous avons proposé un modèle de dimensionnement de lots original pour la planification de production de ce système manufacturier, que nous avons validé avec des données industrielles. En se basant sur le problème industriel, un problème mono-produit et sans contrainte de capacité est défini, analysé et résolu pour une version simplifiée du problème.

In the first part, we take a binding restriction, called qualification, present in semiconductor manufacturing as a lever for increasing flexibility and optimizing capacity utilization. A qualification determines the processing authorization of a product on a machine (like an eligibility constraint). In order to define the best qualification, the production volume should be allocated to parallel non-identical machines which are partially reconfigurable. Capacitated flexibility measures are introduced to define the best qualification which increases machine capacity utilization at most. Batching is another industrial constraint encountered in semiconductor industry. It influences workload balancing and qualification management. Several workload balancing algorithms are proposed to find the optimal workload balance of a workcenter. Variability measures are also proposed to evaluate the workload variability of a workcenter. The second part deals with closed-loop production planning. Soitec uses Smart-Cut Technology to fabricate SOI wafers. Using this technology, one of the two raw materials used to fabricate SOI wafers can be reused several times to make other SOI wafers. However, before coming back to the SOI fabrication line, the used raw material (by-product) must be reworked in another production line. An original closed-loop production planning model adapted to the supply chain specificities of Soitec is proposed, and is validated using industrial data. Based on this industrial model, a single-item uncapacitated closed-loop lot-sizing model is defined, analyzed, and a dynamic programming algorithm is proposed for a simplified version of the problem.