本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工設(shè)備，尤其涉及單臂組合設(shè)備中多品種晶圓混合加工的穩(wěn)態(tài)調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有組合設(shè)備是晶圓制造過程中最為關(guān)鍵的一類設(shè)備，其獨(dú)特的單晶圓加工技術(shù)能有效地提高晶圓制造的生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。但是，限于諸多約束條件和復(fù)雜工況，組合設(shè)備的調(diào)度和運(yùn)行控制非常困難。長(zhǎng)期以來，組合設(shè)備的調(diào)度與控制問題一直是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的熱點(diǎn)問題。深入研究組合設(shè)備在不同生產(chǎn)需求環(huán)境下的運(yùn)行控制問題，不僅有利于提高晶圓廠的生產(chǎn)效率，而且能給組合設(shè)備的研發(fā)設(shè)計(jì)提供有效的理論支持。組合設(shè)備通常由2-6個(gè)加工模塊(processingmodule,PM)、2個(gè)真空鎖(loadlock,LL)、搬運(yùn)模塊(transfermodule,TM)、校準(zhǔn)模塊(aligner,AL)和冷卻模塊(cooler,CL)組成。模塊集成在密閉的真空環(huán)境，呈徑向分布并由計(jì)算機(jī)控制。組合設(shè)備加工晶圓過程包括三種狀態(tài)：初始暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)和終止暫態(tài)。初始暫態(tài)是指組合設(shè)備各加工模塊沒有裝載晶圓到滿負(fù)荷加工晶圓的過程，終止暫態(tài)是指組合設(shè)備從滿負(fù)荷加工狀態(tài)到所有已加工晶圓從加工模塊內(nèi)卸載完畢的過程，穩(wěn)態(tài)是組合設(shè)備滿負(fù)荷加工晶圓時(shí)的狀態(tài)。待加工晶圓載入真空鎖后，先經(jīng)過校準(zhǔn)模塊進(jìn)行視覺校準(zhǔn)，再由機(jī)械手按照設(shè)定的順序(即按晶圓加工工藝要求)依次載入各加工模塊中加工。在完成所有預(yù)定工藝加工后，機(jī)械手將加工完畢的晶圓送入冷卻模塊冷卻，最后從組合設(shè)備中卸載。組合設(shè)備一般配備兩個(gè)真空鎖，一個(gè)用于存放正在加工的晶圓，另一個(gè)用于存放待加工的晶圓。當(dāng)一個(gè)真空鎖內(nèi)的晶圓加工完后，機(jī)械手開始裝載另一個(gè)真空鎖內(nèi)的晶圓進(jìn)行加工，以此保證晶圓加工的連續(xù)性，并使組合設(shè)備大部分時(shí)間工作在穩(wěn)態(tài)。由于晶圓尺寸增大和客戶需求變化，現(xiàn)今的晶圓制造趨向于多品種、小批量生產(chǎn)。而現(xiàn)有的調(diào)度和控制方法，一般只涉及到單品種或有限品種晶圓的加工。在這種情形下，組合設(shè)備需要頻繁地更換調(diào)度方案，導(dǎo)致設(shè)備調(diào)試時(shí)間延長(zhǎng)，制造成本大幅增加。因此，研究具有多品種晶圓混合加工的組合設(shè)備調(diào)度與控制技術(shù)，不僅可以提高組合設(shè)備的利用效率，更加可以進(jìn)一步降低晶圓制造的生產(chǎn)成本。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種多品種晶圓混合加工的組合設(shè)備穩(wěn)態(tài)調(diào)度方法，該方法有效減少更換調(diào)度方案時(shí)的設(shè)備調(diào)試時(shí)間，從而降低制造成本。本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種多品種晶圓混合加工的組合設(shè)備穩(wěn)態(tài)調(diào)度方法，包括：A分析多品種晶圓混合加工情形下單臂組合設(shè)備可調(diào)度性判定條件，包括含晶圓無PM共享的情形及有PM共享的情景；B通過對(duì)系統(tǒng)分配虛擬晶圓進(jìn)入虛擬加工模塊完成晶圓加工，平衡工作負(fù)載，從而形成節(jié)拍穩(wěn)定的周期性加工過程；C對(duì)多晶圓混合加工過程的理論分析及計(jì)算，推導(dǎo)出系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)調(diào)度的完整特征約束，得到多品種晶圓混合加工時(shí)單臂組合設(shè)備穩(wěn)態(tài)調(diào)度求解算法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可以具有如下優(yōu)點(diǎn)：解決了多品種晶圓加工情況下的組合設(shè)備頻繁切換問題，有效減少更換調(diào)度方案時(shí)的設(shè)備調(diào)試時(shí)間，從而降低制造成本。附圖說明圖1是多品種晶圓混合加工的組合設(shè)備穩(wěn)態(tài)調(diào)度方法流程圖；圖2是組合設(shè)備示意圖；圖3無PM共享情形虛擬加工示意圖；圖4標(biāo)準(zhǔn)形式有PM共享情形虛擬加工示意圖；圖5泛標(biāo)準(zhǔn)形式有PM共享情形虛擬加工示意圖。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。本實(shí)施例是針對(duì)多品種晶圓混合加工技術(shù)的不足，提供一種多品種晶圓穩(wěn)態(tài)調(diào)度求解算法，使其解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，有效減少更換調(diào)度方案時(shí)的設(shè)備調(diào)試時(shí)間，從而降低制造成本。所公開的方法可分為具有共享模塊的晶圓的加工和無共享模塊的晶圓的加工。在單臂組合設(shè)備穩(wěn)態(tài)調(diào)度中，機(jī)械手通過裝卸載和旋轉(zhuǎn)作業(yè)，并利用拉式調(diào)度策略實(shí)現(xiàn)晶圓在加工模塊和真空鎖中的流動(dòng)。通過虛擬加工的方法，平衡工作負(fù)載，獲得系統(tǒng)生產(chǎn)節(jié)拍、機(jī)械手生產(chǎn)節(jié)拍以及可調(diào)度性判定定理，并以解析式表達(dá)。其中，對(duì)于多品種晶圓的混合加工，不同種類的晶圓加工流程各不相同，通過建立虛擬晶圓加工模塊平衡工作負(fù)載。令經(jīng)過機(jī)械手初步調(diào)節(jié)后第i種晶圓的工作負(fù)載為φi，無PM共享情形下，由于設(shè)備內(nèi)各種晶圓間的加工活動(dòng)相互獨(dú)立，可以假設(shè)系統(tǒng)分配有hi組虛擬的PM用于第i種晶圓的加工，每組個(gè)PM。加工時(shí)，系統(tǒng)分配hi-1組虛擬的晶圓進(jìn)入虛擬的PM中完成加工，一組真實(shí)晶圓進(jìn)入實(shí)際的系統(tǒng)中加工。在有PM共享情形下，則按照最長(zhǎng)路徑補(bǔ)充虛擬模塊的方法，使每種晶圓的工序總數(shù)量相同，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的晶圓加工形式。機(jī)械手按照標(biāo)準(zhǔn)形式模塊混合情形操作晶圓訪問真實(shí)加工模塊。在虛擬加工部分，機(jī)械手并不做任何動(dòng)作，只是等待一個(gè)生產(chǎn)節(jié)拍，然后進(jìn)行下一步的加工活動(dòng)，在全局循環(huán)內(nèi)平衡工作負(fù)載，從而形成節(jié)拍穩(wěn)定的周期性加工。如圖1所示，為多品種晶圓混合加工的組合設(shè)備穩(wěn)態(tài)調(diào)度方法，包括：步驟10分析多品種晶圓混合加工情形下單臂組合設(shè)備可調(diào)度性判定條件，包括含晶圓無PM共享的情形及有PM共享的情景；步驟20通過對(duì)系統(tǒng)分配虛擬晶圓進(jìn)入虛擬加工模塊完成晶圓加工，平衡工作負(fù)載，從而形成節(jié)拍穩(wěn)定的周期性加工過程；步驟30對(duì)多晶圓混合加工過程的理論分析及計(jì)算，推導(dǎo)出系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)調(diào)度的完整特征約束，得到多品種晶圓混合加工時(shí)單臂組合設(shè)備穩(wěn)態(tài)調(diào)度求解算法。上述步驟10具體包括：推導(dǎo)出多品種晶圓混合加工情形下單臂組合設(shè)備可調(diào)度性判定條件。通過分析單臂機(jī)械手穩(wěn)態(tài)下的調(diào)度過程，獲得晶圓生產(chǎn)節(jié)拍和機(jī)械手生產(chǎn)節(jié)拍的計(jì)算方法，并揭示二者的耦合特性。另外，分析了不同工藝參數(shù)分布對(duì)系統(tǒng)可調(diào)度性的影響機(jī)理。第i種晶圓的第j道工序的固有生產(chǎn)節(jié)拍以及其下界、上界分別為Φij、ΦijL、ΦijU。則有：Φij=4ρ+3θ+ωi(j-1)+τijmijΦijL=4ρ+3θ+ωi(j-1)+αijmijΦijU=4ρ+3θ+ωi(j-1)+αij+δijmij---(1)]]>φij=4ρ+3θ+τijmijφijL=4ρ+3θ+αijmijφijU=4ρ+3θ+αij+δijmij---(2)]]>無PM共享情形下，穩(wěn)態(tài)時(shí)機(jī)械手的生產(chǎn)節(jié)拍為：ψT=Σi=1kψi=Σi=1k[2(ni+1)(ρ+θ)+Σj=0niωij]=2(Σi=1kni+k)(ρ+θ)+Σi=1kΣj=0niωij---(3)]]>有共享情形下，穩(wěn)態(tài)時(shí)機(jī)械手的生產(chǎn)節(jié)拍為：ψiT=2(ni+1)(ρ+θ)+Σj=0niωij---(4)]]>組合設(shè)備工作在穩(wěn)態(tài)時(shí)晶圓每道工序的生產(chǎn)節(jié)拍相等，因此滿足以下約束條件：無PM共享時(shí)：ψT=ψP=ψ11=ψ12=...=ψ1n1=ψ21=ψ22=...=ψk1=ψk2=...=ψknk---(5)]]>有PM共享時(shí)：ψiT=ψiP=ψi1=ψi2=...=ψini---(6)]]>ψ1T=...=ψkT=ψ1P=...=ψkP=ψ11=...=ψ1n1=...=ψk1=...=ψknk---(7)]]>圖2描述了無PM共享情形虛擬加工，為了工作負(fù)載平衡，系統(tǒng)分配hi-1組虛擬的晶圓進(jìn)入虛擬的PM中完成加工，一組真實(shí)晶圓進(jìn)入實(shí)際的系統(tǒng)中加工。在虛擬加工部分，機(jī)械手并不做任何動(dòng)作，只是等待一個(gè)生產(chǎn)節(jié)拍，然后進(jìn)行下一步的加工活動(dòng)?？紤]hi的生產(chǎn)節(jié)拍及工作負(fù)載，設(shè)為ψij和ψijU、ψijL和分別為對(duì)應(yīng)的上、下界，則有：ψij=4ρ+3θ+ωi(j-1)+τijmijhiψijL=4ρ+3θ+ωi(j-1)+αijmijhiψijU=4ρ+3θ+ωi(j-1)+αij+δijmijhi---(8)]]>用ψt1作為參照量估計(jì)各類晶圓固有工作負(fù)載與機(jī)械手生產(chǎn)節(jié)拍的相對(duì)大小，而二者的相對(duì)值與配置虛擬模塊組數(shù)量相關(guān)，hi的取值按如下公式設(shè)定：進(jìn)入設(shè)備的晶圓的混合比例為H1:H2:…:Hk，[h1,h2,…,hk]表示h1,h2,…,hk的最小公倍數(shù)：Hi＝[h1,h2,…,hk]/hi,(λ∈Nk)(11)穩(wěn)態(tài)時(shí)第i種晶圓第j道工序的的調(diào)度生產(chǎn)節(jié)拍與機(jī)械手生產(chǎn)節(jié)拍相等：τij＝mij×h×ψT-(4ρ+3θ+ωi(j-1))(12)圖3和圖4描述了有PM共享情形虛擬加工過程，在一個(gè)全局循環(huán)過程內(nèi)，機(jī)械手多次被共享模塊訪問，而其它模塊只訪問了一次，可知，未共享的模塊彼此之間形成全局循環(huán)的并行關(guān)系。所以在采用拉式策略調(diào)度的情形下，(1)式和(2)式已不能準(zhǔn)確描述晶圓的調(diào)度生產(chǎn)節(jié)拍和調(diào)度工作負(fù)載，修正結(jié)果如下：ψλμ=4ρ+3θ+ωλ(μ-1)+τλμmλμhλμψλμL=4ρ+3θ+ωλ(μ-1)+αλμmλμhλμψλμU=4ρ+3θ+ωλ(μ-1)+αλμ+δλμmλμhλμ---(13)]]>其中，λ∈Nk，表示晶圓種類；μ∈Nn，表示某種晶圓的第μ道工序；hλμ為共享系數(shù)，當(dāng)μ∈{i,i+1,…,j}時(shí)，hλμ＝1，當(dāng)μ∈{1,2,…,i-1}∪{j+1,j+2,…,n}時(shí)，hλμ＝k。ρ為機(jī)械手裝載或卸載晶圓的時(shí)間θ為機(jī)械手旋轉(zhuǎn)時(shí)間αij為駐留約束下限αij+δij為駐留約束上限ωij為機(jī)械手旋轉(zhuǎn)到PMij的等待時(shí)間τij為駐留時(shí)間約束ψT為機(jī)械手生產(chǎn)節(jié)拍ψiT為加工第i種晶圓的機(jī)械手生產(chǎn)節(jié)拍ψP為系統(tǒng)生產(chǎn)節(jié)拍ψiP為加工第i種晶圓的系統(tǒng)生產(chǎn)節(jié)拍ψij和ψijU、ψijL和分別為對(duì)應(yīng)的上、下界hi描述各種晶圓工作負(fù)載φi的相互關(guān)系mij表示并行加工模塊的數(shù)量hλμ為共享系數(shù)無共享模塊時(shí)晶圓流加工模式，設(shè)組合設(shè)備可調(diào)度性為如下情形：若ψt1≤ψLmax≤ψUmin，則單臂組合設(shè)備可以調(diào)度；若ψLmax＜ψt1≤ψUmin，則單臂組合設(shè)備可以調(diào)度；若ψLmax≤ψUmin＜ψt1，則單臂組合設(shè)備不可調(diào)度；當(dāng)ψUmin＜ψLmax時(shí)，若其中則單臂組合設(shè)備可調(diào)度；當(dāng)ψUmin＜ψLmax時(shí)，若其中則單臂組合設(shè)備不可調(diào)度。有共享模塊時(shí)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)形式{(m11,m12,…,m1(i-1),(m1i,m1(i+1),…,m1j),m1(j+1),…,m1n),(m21,m22,…,m2(i-1),(m2i,m2(i+1),…,m2j),m2(j+1),…,m2n),…,(mk1,mk2,…,mk(i-1),(mki,mk(i+1),…,mkj),mk(j+1),…,mkn)}的多品種晶圓混合加工，設(shè)組合設(shè)備可調(diào)度性為如下情形：若ψt1≤ψLmax≤ψUmin，則單臂組合設(shè)備可調(diào)度。若ψLmax＜ψt1≤ψUmin，則單臂組合設(shè)備可調(diào)度。若ψLmax≤ψUmin＜ψt1，則單臂組合設(shè)備不可調(diào)度。當(dāng)ψUmin＜ψLmax時(shí)，若則單臂組合設(shè)備可調(diào)度。當(dāng)ψUmin＜ψLmax時(shí)，若使則單臂組合設(shè)備不可調(diào)度。(2)提出多品種晶圓混合加工情形下單臂組合設(shè)備穩(wěn)態(tài)調(diào)度的求解算法。通過對(duì)多晶圓混合加工過程的理論分析及計(jì)算，推導(dǎo)出系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)調(diào)度的完整特征約束，并以形式化方法進(jìn)行描述。通過對(duì)多品種無共享晶圓在單臂組合設(shè)備中混合加工過程的詳細(xì)分析，推導(dǎo)出系統(tǒng)可調(diào)度性判定方法，并給出了相關(guān)參數(shù)的計(jì)算方法。由于機(jī)械手采用的拉式調(diào)度策略，穩(wěn)態(tài)時(shí)每個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)機(jī)械手的作業(yè)序列是確定的，系統(tǒng)調(diào)度方案的求解即轉(zhuǎn)變?yōu)榍蠼鈾C(jī)械手在各工序的等待時(shí)間通過調(diào)度可行性的關(guān)鍵加工時(shí)間滿足時(shí)間約束的分析，以及加工參數(shù)不同分布狀態(tài)下系統(tǒng)的可調(diào)度性問題得出的解析式，得到無共享模塊多品種晶圓混合加工時(shí)單臂組合設(shè)備穩(wěn)態(tài)調(diào)度求解算法。算法1：求解無PM共享k種晶圓混合加工單臂組合設(shè)備穩(wěn)態(tài)調(diào)度與求解無PM共享情形穩(wěn)態(tài)調(diào)度的過程類似，標(biāo)準(zhǔn)形式PM共享多品種晶圓混合加工單臂組合設(shè)備的穩(wěn)態(tài)調(diào)度的求解過程主要分為三步：1)根據(jù)已知條件分析系統(tǒng)加工參數(shù)的分布特征；2)根據(jù)有共享模塊情形的判定定理判斷系統(tǒng)是否可以調(diào)度；3)根據(jù)判定結(jié)果求解穩(wěn)態(tài)調(diào)度。直接給出如下具體算法。算法2：求解標(biāo)準(zhǔn)形式PM共享k種晶圓混合加工單臂組合設(shè)備穩(wěn)態(tài)調(diào)度當(dāng)有PM共享的混合形式為泛標(biāo)準(zhǔn)形混合時(shí)(圖5為泛標(biāo)準(zhǔn)形PM共享情形虛擬加工示意圖)，首先按照虛擬加工方法將泛標(biāo)準(zhǔn)形式混合轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)形式混合，然后按照上一節(jié)求解標(biāo)準(zhǔn)形混合穩(wěn)態(tài)調(diào)度的方法求解，最后將虛擬模塊對(duì)應(yīng)的機(jī)械手作業(yè)時(shí)間計(jì)入最近真實(shí)模塊的作業(yè)時(shí)間，以此實(shí)現(xiàn)工作負(fù)載的平衡。算法的具體內(nèi)容如下。算法3：求解泛標(biāo)準(zhǔn)形式PM共享k種晶圓混合加工單臂組合設(shè)備穩(wěn)態(tài)調(diào)度由于晶圓尺寸增大和客戶需求變化，現(xiàn)今的晶圓制造趨向于多品種、小批量生產(chǎn)。根據(jù)本發(fā)明的多品種晶圓混合加工的穩(wěn)態(tài)調(diào)度方法，可以降低因?yàn)槠贩N繁多造成頻繁更換調(diào)度方案的組合設(shè)備調(diào)試時(shí)間，降低制造成本，而且提出的多品種晶圓混合加工的單臂組合設(shè)備穩(wěn)態(tài)調(diào)度算法，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證切實(shí)可行、有效。雖然本發(fā)明所揭露的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實(shí)施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁1 2 3