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具有吹扫操作的单臂组合设备故障响应策略

具有吹扫操作的单臂组合设备故障响应策略

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作者：白雪婷江西理工大学

学位级别：硕士

半导体制造产业是当代信息产业的支柱,对促进经济和科技发展具有重要的战略意义。在晶圆制造业中,随着晶圆尺寸不断增加,晶圆线宽不断减小,晶圆制造过程中需要更严格的质量控制。为了提升腔室洁净度而改善晶圆的质量,组合设备需要对腔... 详细信息

半导体制造产业是当代信息产业的支柱,对促进经济和科技发展具有重要的战略意义。在晶圆制造业中,随着晶圆尺寸不断增加,晶圆线宽不断减小,晶圆制造过程中需要更严格的质量控制。为了提升腔室洁净度而改善晶圆的质量,组合设备需要对腔室进行清洗以消除腔室内的化学残留物质。当组合设备的腔室加工完成预定的一枚晶圆后,需对腔室进行清洗,这时称为吹扫操作。考虑到吹扫操作时,适用于单臂组合设备的传统拉式策略将不再是最优的调度策略。通过确定每个加工步骤中最优空闲腔室的数量,已获得一种改进的拉式策略。此外,对于一些加工工艺,晶圆具有严格的驻留时间约束,即要求晶圆在加工腔室中具有有限的停留时间。同时,具有吹扫操作的单臂组合设备可能会发生故障,当加工步骤中一个并行腔室出现故障时,系统继续完成加工是可能的。因此,为了提高组合设备运行效率并保证晶圆的质量,本文研究在驻留时间约束下,具有吹扫操作的单臂组合设备的故障问题。首先,介绍了单臂组合设备、双臂组合设备、组合设备群与Petri网(Petri Net,PN)的知识。然后对具有吹扫操作的单臂组合设备故障前、后两种情形进行Petri网建模,并建立避免系统死锁的控制策略,接着对面向资源的Petri网(Resource-Oriented Petri Nets,ROPN)模型的变迁和库所进行赋时。其次,根据故障前的ROPN模型,分析了具有吹扫操作的单臂组合设备的作业时间特性,包括机械手周期时间与晶圆逗留时间等,并获得故障前、后系统运行的线性规划模型(Linear Programming Model,LPM),并给出LINGO求解器以对LPM进行求解。最后,给出故障后系统可调度时非空闲腔室与空闲腔室分别发生故障的故障响应策略,与故障后系统不可调度下的故障响应策略。也就是说,当故障后组合设备可以调度时,本文通过禁用已发生故障的腔室,分别对非空闲腔室与空闲腔室发生故障后给出相对应的故障响应策略,使组合设备由故障前的稳态平稳过渡到故障后的稳态;当故障后组合设备不可调度时,则进行停机处理。然后通过实例,给出相应的甘特图,验证了提出的故障后线性规划模型与故障响应策略的有效性和正确性。上述研究结果表明,在已有的改进拉式策略下,本文提出的故障响应策略能够解决具有吹扫操作且考虑逗留时间约束的单臂组合设备的故障问题。

关键词：晶圆制造单臂组合设备 Petri网吹扫故障

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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

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

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作者：李超东江西理工大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：晶圆制造单臂组合设备批量切换 Petri网 eM-Plant仿真

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