多品種晶圓混合加工的單臂組合設(shè)備運行控制研究.pdf

1、半導(dǎo)體芯片制造是支撐現(xiàn)代社會的先導(dǎo)性及基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，晶圓制造是其制造過程最為復(fù)雜、投資規(guī)模最大的環(huán)節(jié)。隨著晶圓尺寸的增大，傳統(tǒng)的批量加工技術(shù)已經(jīng)難以適應(yīng)復(fù)雜的晶圓加工需求。組合設(shè)備(cluster tools)獨特的單晶圓加工技術(shù)能有效應(yīng)對晶圓尺寸增大帶來的工藝瓶頸，因而被廣泛應(yīng)用于大尺寸晶圓加工。雖然組合設(shè)備提供了一個高效、柔性、可重構(gòu)的加工環(huán)境，但是有效地控制仍然存在問題。由于晶圓尺寸增大和客戶需求變化，現(xiàn)今的晶圓制造趨向于多品種、小

2、批量生產(chǎn)。然而，現(xiàn)有的調(diào)度和控制方法大部分都是針對單一品種晶圓的加工。在這種情形下，組合設(shè)備需要頻繁地更換調(diào)度方案，導(dǎo)致設(shè)備調(diào)試時間延長，制造成本大幅增加。因此，研究多品種晶圓混合加工的組合設(shè)備調(diào)度問題不僅具有一定的理論意義，而且具備重要的工業(yè)應(yīng)用價值。
　　為提高組合設(shè)備生產(chǎn)效率，本文研究多品種晶圓混合加工的單臂組合設(shè)備調(diào)度與運行控制問題。采用面向資源的Petri網(wǎng)(resource-oriented Petri nets,RO

3、PN)描述晶圓的混合加工過程，通過虛擬加工的方法平衡制造過程的工作負載，基于系統(tǒng)ROPN模型和拉式調(diào)度策略，推導(dǎo)出系統(tǒng)可調(diào)度性判定條件，并以解析式表達。最后，提出了多品種晶圓混合加工的單臂組合設(shè)備穩(wěn)態(tài)調(diào)度求解算法，并用實例驗證算法的有效性和可行性。
　　論文的主要研究成果如下：
　　(1)建立了多品種晶圓混合加工情形下的單臂組合設(shè)備ROPN模型。引入控制變遷避免系統(tǒng)ROPN模型的死鎖，采用賦時庫所和賦時變遷模擬系統(tǒng)資源的作業(yè)

4、時間。模型結(jié)構(gòu)簡潔緊湊，通用性好，能準確描述多品種晶圓的混合加工過程。
　　(2)推導(dǎo)出多品種晶圓混合加工情形下單臂組合設(shè)備可調(diào)度性判定條件。通過分析系統(tǒng)ROPN模型狀態(tài)演變過程，獲得晶圓生產(chǎn)節(jié)拍和機械手生產(chǎn)節(jié)拍的計算方法，并揭示二者的耦合特性。另外，分析了不同工藝參數(shù)分布對系統(tǒng)可調(diào)度性的影響機理。
　　(3)提出多品種晶圓混合加工情形下單臂組合設(shè)備穩(wěn)態(tài)調(diào)度的求解算法。通過對多晶圓混合加工過程的理論分析及計算，推導(dǎo)出系統(tǒng)存在