基于变动性的半导体制造系统性能预测与优化方法研究

Complicated and unpredictable dynamic uncertainties in Semiconductor Manufacturing System (SMS) lead to the complexity of performance forcasting and result the fluctuant problem. The law between the variability and the fluctuant performance of SMS will be explored after realizing the importance of variability influencing the production. Firstly, the design method of Logic Production Line(LPL) and the variability quantifying and propagation method in SMS will be proposed based on Factory Physics and the unexpected big failure of equipment. Then, the performance prediction modeling method based on variability will be proposed based on Queuing theory, Probability, Statistics and Stochastic Processes. Finally, the performance optimization method based on the hybrid qualitative and quantitative variability control decision was developed, which includes the improved performance evaluation graph research for qualitative variability control, sensitivity analysis of the performance prediction model and X-Factor value for quantitative variability control. This research could effectively quantify the production variability and performance in semiconductor manufacturing system, and provide the method to reduce and prevent the fluctuant problem of the performance. Also, this research has the practical value to improve the performance of the manufactruing system, and also could provide a new thought and method for the perfomance anaylsis and optimization in theory.

半导体制造系统存在大量复杂且难以预测的动态不确定性，造成系统性能的波动问题突出，对其预测和优化非常复杂。本项目从影响生产最基础的变动性入手，探寻底层变动性与制造系统性能波动之间的内在规律。首先，创新提出制造系统中各产品的逻辑生产线构建方法，并在工厂物理学理论基础上结合设备突发大故障的研究，提出适应于半导体制造系统的生产变动性度量和传递方法；结合排队论、概率统计与随机过程理论，提出一种基于变动性的制造系统性能预测建模方法；最后，改进工厂物理学性能评估图进行性能优化定性分析，并结合X-Factor值和预测模型的灵敏度分析进行定量分析，提出一套以定性与定量相结合的生产变动性控制决策为基础的制造系统性能优化方法。本项目能有效度量半导体制造系统的生产变动性和系统性能，为缓解和预防半导体制造系统性能波动问题提供方法和途径，最终对提高制造系统整体性能具有实用价值，为制造系统性能分析与优化提供崭新思路。

半导体制造系统存在大量复杂且难以预测的动态不确定性，造成系统性能的波动问题突出，对其预测和优化控制非常复杂。项目从影响生产最基础的变动性入手，探寻底层变动性与制造系统性能波动之间的内在规律。.首先，创新提出制造系统中各产品的逻辑生产线构建方法，提出一种基于投料比例加权对link上多产品混流加工变动性的度量方法；提出一种基于SVR回归模型的并联link加工变动性度量方法；提出一种考虑质量损失和重工的流动变动性度量改进模型，使得变动性的度量和传递更加符合实际情况。.针对半导体制造系统，建立一套带有不可靠设备、有限缓冲区和不良品的，基于马尔科夫链和排队论的多产品串并联生产线性能预测方法；探索基于变动性的ARENA仿真制造系统能预测模型，分析生产线性能相对生产线变动性和缓冲区大小的敏感性；通过逻辑工站确定产品在工站前的实际占用产能，提出一种基于逻辑工站的多产品混合生产线的生产周期预测方法。项目提出的预测方法适用性更强、泛化性能更好、预测精度更高，能对生产线多性能指标进行较好预测。.从缓冲区设置、生产线性能优化、瓶颈资源优化、生产线性能控制、结合设备健康状态的生产线风险调度等5方面开展了制造系统性能优化与控制研究。提出一种结合资源利用度和工序变动性的改进根方差法计算更加合理的缓冲区；建立一种基于M/M/n/b-FCFS排队模型和混合元启发式算法的生产线性能优化模型；结合核主成分算法，运用TOPSIS算法对动态瓶颈进行辨识预测，并采用多目标粒子群算法求解生产线动态调度模型，优化瓶颈资源；提出一种基于强化学习算法的半导体封装测试生产线性能控制和优化方法；对制造系统中设备健康状态进行评估，开展生产线风险调度研究。.项目成果能有效度量半导体制造系统的生产变动性和系统性能，为缓解和预防制造系统性能波动问题提供方法和途径，最终对提高制造系统整体性能具有实用价值，为制造系统性能分析与优化提供崭新思路。