基于Petri網(wǎng)的多組合設備最優(yōu)調(diào)度與控制.pdf

1、在半導體制造中，為了確保更高的質(zhì)量和精度，具有單晶圓加工技術(shù)的組合設備被廣泛應用于晶圓加工。一臺典型的單組合設備是由以下部件構(gòu)成:一只用于搬運晶圓的機械手、兩個真空鎖和若干個用于晶圓加工的加工模塊。近年來，隨著晶圓加工過程日趨復雜，多組合設備逐漸被企業(yè)采用。它是由若干臺單組合設備，彼此之間通過緩沖模塊連接而成，它的拓撲結(jié)構(gòu)分為線型和樹型。
　　由于一臺多組合設備的價格極其昂貴，因此，實際生產(chǎn)中亟需一種有效的方法來調(diào)度和控制它。在調(diào)

2、度這樣一個系統(tǒng)時，其復雜性主要來源于各組合設備之間的耦合性。因此，它需要協(xié)調(diào)好相鄰機械手的動作從而使得它們在訪問緩沖模塊時能夠充分配合。
　　考慮到機械手移動時間，本文集中研究加工過程主導型的兩種多組合設備，一種是線型單臂、緩沖模塊容量為2的多組合設備;另一種是線型混合、緩沖模塊容量為1的多組合設備。對于前一種情形，現(xiàn)有文獻提出了一種觀點，即，使用分解的方法可以證明系統(tǒng)的周期時間永遠可達下界，至于如何做到，未曾有調(diào)度給出。同時，它

3、們也沒有說明系統(tǒng)是如何從開始的加工瞬態(tài)進入穩(wěn)態(tài)。對于后一種情形，據(jù)作者所知，迄今為止還沒有相關文獻提及混合多組合設備的調(diào)度問題。混合多組合設備，是指系統(tǒng)中同時存在有單臂以及雙臂組合設備。盡管有文獻對緩沖模塊容量為1的單臂組合設備進行了研究并提出了最優(yōu)的k-晶圓周期調(diào)度（k≥2），然而，跟1-晶圓周期調(diào)度比起來，前者具有不少缺點，比如難以控制和實現(xiàn)。它最大的缺點就是，在某些周期，晶圓被加工好以后，它將會在加工模塊中逗留更長時間，從而使得系

4、統(tǒng)更容易違反晶圓逗留時間約束。
　　調(diào)度一臺多組合設備是一個NP-難問題。因此，找到一種有效的方法來調(diào)度它，無論是在理論上還是實際應用上都具有重大意義。本文主要研究線型多組合設備的調(diào)度和控制。在處理事件驅(qū)動系統(tǒng)的時候，由于Petri網(wǎng)是一種有效的工具，因此，它被廣泛應用到生產(chǎn)系統(tǒng)中的建模，分析和控制中。本文就是利用Petri網(wǎng)來建模?；赑etri網(wǎng)模型，本文作了如下工作:
　　1)對緩沖模塊容量為2的單臂多組合設備進行了最

5、優(yōu)的l-晶圓周期調(diào)度分析。為了探討緩沖模塊容量對系統(tǒng)的影響，首先，我們利用Petri網(wǎng)對系統(tǒng)進行建模。這樣，機械手的等待，裝/卸以及加工/緩沖模塊的動態(tài)特性就可以被很好的描述出來。通過此Petri網(wǎng)模型，本文得出一個結(jié)論:對于加工過程主導的緩沖模塊容量為2的單臂多組合設備，總存在一個1-晶圓周期調(diào)度使得系統(tǒng)的周期時間可達下界。同時，本文還第一次提出了一個簡單的算法來獲取這樣一個調(diào)度。最后，給出實例驗證本文所提出的調(diào)度方法的有效性。

6、>　　2)對緩沖模塊容量為1的混合多組合設備進行了最優(yōu)的1-晶圓周期調(diào)度分析。為了獲得一個最優(yōu)的1-晶圓周期調(diào)度，首先，我們利用Petri網(wǎng)對系統(tǒng)進行建模。基于此模型，本文提出了系統(tǒng)存在一個1-晶圓周期調(diào)度使得周期時間可達下界的充分必要條件，以及一個有效算法來判斷這樣一個調(diào)度是否存在。如果存在，僅僅通過一些簡單的計算就可以得到這樣一個調(diào)度。如果不存在，本文接著又提出了有效的算法來求得最優(yōu)生產(chǎn)周期以及最優(yōu)的1-晶圓周期調(diào)度。此算法在計算上

7、是有效且在實際應用中是容易實現(xiàn)的。最后，給出實例驗證本文所提出的調(diào)度方法的有效性。
　　3)對具有晶圓逗留時間約束的混合多組合設備進行了調(diào)度可行性分析。調(diào)度一臺具有晶圓逗留時間約束的混合多組合設備非常具有挑戰(zhàn)性。基于所獲得的最優(yōu)1-晶圓周期調(diào)度，本文提出了系統(tǒng)存在一個可行調(diào)度，即滿足晶圓逗留時間約束，的充分必要條件。首先，我們利用Petri網(wǎng)對系統(tǒng)進行建模。根據(jù)這個模型，系統(tǒng)的調(diào)度問題可歸結(jié)為如何分配機械手的等待時間。接著，本文提