具有晶圆驻留时间约束的单臂组合设备批量切换调度研究

发布时间：2020-06-02 12:55

【摘要】：半导体制造业是现代信息产业的基础,对促进国家经济发展和科技进步具有重要的战略意义。晶圆制造作为半导体制造产业的关键部分,其过程复杂且对加工环境要求严格,为了满足这些要求,厂商普遍使用组合设备进行晶圆加工。随着客户个性化要求的提高,晶圆制造趋于多品种和小批量模式,组合设备需频繁切换晶圆的批次,降低了组合设备利用率并延长了加工周期。对于一些加工工艺,晶圆具有严格的驻留时间约束,即要求晶圆在加工模块(Processing Module,PM)中具有有限的停留时间。因此,为了提高组合设备运行效率并保证晶圆质量,研究具有晶圆驻留时间约束的单臂组合设备批量切换调度问题。首先,对两批晶圆的切换加工过程进行了分析,尤其是机械手活动序列的分析。采用Petri网描述了系统中晶圆批量切换加工过程,并建立避免系统死锁的控制策略。对Petri网模型的变迁和库所进行赋时,通过分析活动时间得到系统活性的充要条件。其次,在系统标识演变过程中,根据Petri网模型的变迁触发序列,获得了机械手作业时间和晶圆逗留时间的解析表达式。将两批晶圆步骤的工作负载分为两种情形:相对平衡和非相对平衡。对第一种情形,获得系统可调度性的判定定理和相应机械手等待时间的求解算法,并证明在满足定理条件下的算法能获得可行且最优的调度;对第二种情形,建立系统运行的线性规划模型(Linear Programming Model,LPM),其同样能求解调度的可行性问题并在调度可行的基础上获得最优的调度。为了提高LPM的求解效率,建立了相应的LINGO模型。采用实例验证了定理以及LPM的有效性和正确性。最后,由于组合设备运行成本较高,本文采用eM-Plant建立单臂组合设备的仿真模型。晶圆的加工过程和机械手的运动由嵌入式编程语言控制。在仿真运行过程中,将各枚晶圆进出PM的时间参数记录在表格中,从而可判断其是否违反晶圆驻留时间约束,以验证调度的可行性。通过实例验证了调度方法与仿真模型的有效性。上述研究结果表明,在给定的机械手调度策略下,本文提出的方法能够用于判断单臂组合设备批量切换调度的可行性,并在调度可行的基础上获得最优的切换工时。
【图文】：

组合设备,单臂,仿真模型

第四章基于 eM-Plant 的晶圆批量切换过程仿真本文以具体的晶圆流为例详细介绍了单臂组合设备仿真模型的构建过程，如前后批晶圆加工路线分别为 LL1→PM1→PM2→PM3→PM4→LL2 和 LL1→PM1→PM3→PM4→LL2，按照仿真软件所规定的语言形式设计相关程序，以达到对批量切换过程灵活控制的目的。通过仿真可得到各枚晶圆进入和离开 PM 的时刻，从而可以判断晶圆驻留时间约束条件是否能够得到满足，运行结果将记录在表格T_PM 中，构建的 eM-Plant 仿真模型如图 4.3 所示。

链接图,链接,表格,加工时间

第四章基于 eM-Plant 的晶圆批量切换过程仿真cessing time”中输入“100”，系统默认单位为 s，并变换为可读的时0.0000”，但是该方法不够灵活，当系统要求更改加工站的加工时间仿真手动输入；二是在表格输入数据，然后可通过控件 Method 中格中的某列某行数据，如将两批晶圆的步骤加工时间输入到表格 Method 程序中，PM1.proctime:=Flow[3,1]表示表格 Flow 中第 3 列的数值即为 PM1 的加工时间，当后批晶圆进入 PM1 时，加工时间，此时需对 PM1.proctime 再次赋值，，该方法可使系统自动更改加工Method 链接在对象的入口或出口，如控件 PM1_in 和 PM1_out 与对链接如图 4.4 所示。对于产生晶圆的对象 LL1，将晶圆类型和数量afer_type，然后将表格链接到 LL1 属性中的表，如图 4.5 所示。
【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】：F273;F426.63;TN43

【参考文献】