混流晶圆加工自动化组合设备建模与调度优化

Semiconductor is the key and basis for information technology (IT), the front-end of semiconductor is wafer fabrication, but equipment is the key for fabrication. Cluster tools are adopted by more and more wafer fabrication manufacturers. Due to a lot of constraints and strong coupling among requirement from mixed-wafer-type fabrication, no buffer and strict residency time with large-diameter wafer fabrication, the feasible and real-time scheduling, control, and optimization problem of cluster tools are challenging and open to be solved. To solved this problem, reusable model for cluster tools will be built by colored and timed Petri Net and simulation platform. By applying the theory of discrete manufacturing system, multi-constraints optimization and decoupling, operation control of cluster tools with mixed-wafer-type are studied. We should analyze the coupling mechanism of mixed-wafer-type for cluster tools. The relationship among schedulability, residency time and it’sconstraints should be discovered by ways of decoupling optimization control and discrete dynamic simulation for multi wafer product. Real-time scheduling and control algorithms should be developed for cluster tools with mixed-wafer-type’s manufacturing with event time variation.It provides basis of scheduling and control for equipment of wafer fabrication. It is important for semiconductor manufacturing to enhance competitiveness in China.

半导体是信息技术的核心和基础，晶圆制造是半导体制造的前端工序，而装备是晶圆制造的关键。晶圆制造厂越来越多地采用自动化组合设备(Cluster tools)加工。由于大直径晶圆制造过程出现多产品混流加工的需求、严格逗留时间约束、没有缓冲空间和强耦合等多约束特点，使组合设备的调度和控制可行性、实时性和最优性还没解决。本项目采用赋时、着色Petri网和仿真平台建立混流晶圆加工的可重用性模型，运用离散制造系统理论、解耦和多约束优化理论等方法，研究多产品混流加工的组合设备运行控制。通过分析多晶圆产品混流加工工序耦合的内在机理，采用离散事件的动态仿真、调度和控制优化方法，揭示晶圆混流加工各道工序在加工模块的时间、晶圆逗留时间约束与系统可调性之间的关系。研究多晶圆产品混流加工在作业时间波动下的实时调度和优化控制算法。为晶圆制造装备的调度和控制奠定基础，也有利于提升我国制造水平特别是半导体制造的竞争力。

半导体是信息技术的核心和基础，晶圆制造是半导体制造的前端工序，而装备是晶圆制造的关键。晶圆制造厂越来越多地采用自动化组合设备加工。由于大直径晶圆制造过程出现混流加工的需求、严格逗留时间约束和强耦合等多约束特点，使组合设备的调度和控制变得复杂。本项目通过离散制造系统理论和优化理论等方法，采用面向资源的Petri网模型描述晶圆产品的混合加工过程, 引入控制变迁避免模型的死锁, 采用赋时库所和赋时变迁模拟系统资源的活动时间. 通过虚拟加工的方法平衡工序的负载, 基于系统Petri网模型和拉式调度策略, 推导出组合设备晶圆混合加工情形下的可调度性判定条件, 并以解析形式描述.通过分析混流加工工序耦合的内在机理，揭示晶圆混流加工各道工序在加工模块的时间、晶圆逗留时间约束与系统可调性之间的关系。研究混流加工在作业时间波动下的实时调度和优化控制算法。为晶圆制造装备的调度和控制奠定基础，也有利于提升我国制造水平。. 本研究解决了组合设备调度和控制的一些难题，取得了重要的进展。该项目完成学术论文14篇，4篇发表在本领域重要的IEEE国际会刊及SCI检索，10篇发表在国内重要学术期刊和重要的国际会议并宣读（4次），如IEEE CASE和IEEE ICNSC， 14篇学术论文被EI检索，获省自然科学奖二等奖1项，专著1部，中国发明专利1项。