基于调度算法的单臂组合设备晶圆延迟优化研究

发布时间：2020-05-17 14:01

【摘要】：随着半导体产业的不断发展,晶圆制造水平快速更新迭代,具有先进和复杂的工艺要求。组合设备(Cluster tools)是一种高度自动化的设备,可以保证晶圆产品质量并提高生产效率。组合设备常伴有强酸以及高温环境,例如晶圆的清洗(Cleaning)及上胶(Coating)等过程。为了避免晶圆表面遭到损坏,晶圆处理完毕后应尽快从加工模块取出。从处理完毕到卸载,晶圆可能在加工模块中的逗留一段时间,该段时间称为晶圆延迟(Wafer delay)。晶圆延迟对晶圆质量具有消极的影响,通过对机械手的合理控制可以减少晶圆延迟。因此,研究稳态下单臂组合设备的晶圆延迟问题不仅可以优化晶圆的产品质量,而且为组合设备的调度控制提供了理论支持。本文工作内容如下:(1)为了分析单臂组合设备系统的运转过程,首先应构建系统模型。本文描述了稳态下单臂组合设备系统的机械手运转过程和作业序列,并构建出相应地Petri网模型。同时,本文对模型中的库所与变迁进行赋时处理,使得系统模型具有时间特性,更切合实际系统运转的动态过程。最后,提出了控制策略避免Petri网模型中的潜在死锁情形。(2)组合设备稳态运转时,各个组件模块并行工作。为了研究运转过程各个离散事件的动态特性,本文分析了以Petri网模型为基础的稳态调度下单臂组合设备的系统时间特性。从生产流程的角度分析了各步骤的生产节拍;从机械手的角度剖析了机械手的作业序列,获得了各步骤的晶圆驻留时间和机械手作业周期的计算公式,以此得出稳态调度最优周期时的各步骤等待时间的上界。此外,针对传统拉式策略和尽快加工策略,揭示了系统最优周期下机械手等待时间的分布规律。(3)晶圆延迟由系统的调度任务决定。为了合理地调度机械手从而减少系统运转过程中的晶圆延迟,需找出晶圆延迟的影响因素。首先,推导出晶圆延迟的解析表达式,通过数学规划模型阐述了目标函数与约束条件,并讨论了不同机械手等待时间对晶圆延迟的影响程度。其次,根据程度的不同,开发了机械手等待时间设置的优先级规则。最后,基于优先级规则开发出单臂组合设备调度的求解算法,并提出了等待时间充足性定理,该定理用于检测等待时间能否抵消系统所有的晶圆延迟。当等待时间充分时,系统通过调度求解算法所得的调度策略运行至稳态后,系统的晶圆延迟为零;当等待时间不足时,系统通过该算法所得的策略运行可有效地减少晶圆的延迟。(4)为了验证调度算法的可行性,本文通过Matlab软件对算法进行代码编写并设计了求解稳态调度的策略。利用调度甘特图模拟了组合设备系统在稳态调度策略下的运转过程,并举例证明了算法的有效性。实验结果显示,在相同的加工条件下,与传统拉式策略和尽快加工策略相比,该调度算法的调度方案不仅可保证系统在最优周期下运行,而且具有更短的晶圆延迟。
【图文】：

50751001251502003004501970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 年份晶圆尺寸单位：mm图 1.2 晶圆尺寸发展史障和调试保养所引起的产能损失。由于存在机台故障和降[11]。为了保证产品的生产良率，组合设备在生产过程组合设备作业达到一定的次数，需停机对反应加工腔内失。如图 1.3 中，某企业维修工程师正在对电感耦合led plasma，ICP)停机开腔，并使用酒精对腔体进行保养工小时，其造成了大量的产能流失。

第一章 绪论述，无时间约束的调度研究主要是围绕组合设备的模型构建以及死锁问题。（2）具有时间约束的控制研究。实际工业生产中，当晶圆制作结束后，将在 PM中进行等待一段时间，直至机械手将其卸载，该段时间称为晶圆延迟。一些生产工艺具有苛刻的时间限制，晶圆在PM中处理结束后需尽快卸载，，否则会导致其损伤甚至损坏，该限制称为晶圆驻留时间约束(wafer residency time constraint，WRTC)，简称驻留时间约束。例如低压化学气相沉积(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD)具有严格的驻留时间约束，一旦超过了规定的时间上限，PM 中的残留气体及余温将对晶圆表面造成严重的损害[43-45]。在 PM 的湿法清洁中，晶圆在化学清洗槽中经过酸洗后必须立即取出并在去离子水槽中清洗干净，否则残留的强酸将影响晶圆表面的均匀性与平坦度[46]。在上胶的相关工艺中，需将晶圆放入烤盘中，在 110°的高温下对晶圆表面的薄膜进行固膜处理[47]，如图 1.5 所示。若晶圆在烤盘中滞留时间过长，则会对后续的光刻造成影响，将使得晶圆的产品质量下降。因此，满足驻留时间的约束至关重要。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN305.1

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本文编号：2668667