树形多组合设备的调度与缓冲空间结构优化

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）树形多组合设备的调度与缓冲空间结构优化黄鹏二○一八年五月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111501011广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）树形多组合设备的调度与缓冲空间结构优化黄鹏指导教师姓名、职称：白丽平（副教授）学科或领域名称：机械工程学生所属学院：机电工程学院论文答辩日期：2018年5月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster(MasterofEngineeringScience)Sched

2、ulingandBufferingSpaceConfigurationForMulti-clusterToolsWithTree-LikeTopologyMasterCandidate:HuangPengSupervisor:BaiLipingMay2018SchoolofElectromechanicalEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要在半导体制造业中,晶圆制造是异常复杂的过程,因此组合设备被广泛应用于晶圆加工当中以保证生产的质量

3、和精度。单个组合设备作为高自动化的集成制造系统，通常包括4-6个用于晶圆加工的加工模块,一个用于搬运晶圆的机械手和两个存放晶圆的真空锁模块。由于组合设备的调度问题是一个NP-hard问题，且该设备价格极其昂贵，因此迫切需要通过对设备进行优化调度和有效控制提高设备的利用率。随着晶圆加工的要求日益提高，多组合设备逐渐成为了企业的选择。它是由多台单组合设备组成的制造系统，相邻设备之间通过缓冲模块连接，最终构成线形和树形两种不同的拓扑结构。多组合设备调度的关键是各个单组合设备相互之间的耦合，任何设备的加工时间波动都会在整个系统传播形成累积效应，使机械手难以实现节拍同步。

4、因此,在研究中解决机械手在缓冲模块相互协调问题实现同步配合尤为重要。在已有的研究中，单个组合设备的调度已相对成熟，而多组合设备调度的研究仍有很多问题需要解决。最近几年学术界对线形多组合设备有不少的研究，但是对于更为复杂的树形多组合设备,其调度仍是一个亟待深入研究的问题。本文的研究对象是缓冲区容量为2的单臂树形多组合设备，当机械手的移动时间远远小于晶圆加工时间时，组合设备的加工周期由晶圆加工时间决定，机械手存在空闲等待时间。本文解决的第一个问题是系统是否存在一个1-晶圆周期最优调度，以及如何获得该调度；同时由于设备的每个模块的价格都非常昂贵，多余的缓冲空间模块都会

5、成为企业的成本，因此本文在得到缓冲区容量均为2的系统的调度后，还以此为基础对缓冲区空间结构的优化问题进行研究，以减少缓冲模块的使用。针对以上问题，本文首先运用面向资源的Petri网对缓冲区容量均为2的系统进行建模，准确描述系统初始暂态、稳态和终止暂态三个阶段。并以此为基础，对单组合设备调度和相邻设备协调运作进行分析，提出使相邻机械手在缓冲区模块能协调同步运作的调度规则，证明系统周期达到下界值的1-晶圆周期调度总是存在的，同时给出求得相应调度的算法，然后通过实例验证了该算法的有效性以及实用性；在解决缓冲区空间结构优化问题时，系统具有不同的结构和运作过程，因此本文运

6、用Petri网对系统进行了重新建模描述各个过程，引入颜色机制解决缓冲区资源共享造成的死锁问题，基于新的模型对具有不同的缓冲空间容量的系统进行最优性和可调度性分析，采用把I广东工业大学硕士学位论文树形多组合设备裁剪成多个线形多组合设备链的方法，然后分别优化调度，提出了有效空间优化调度算法，最后以实例对算法进行验证。关键词：晶圆加工；多组合设备；调度；Petri网；空间结构IIAbstractAbstractInsemiconductormanufacturing,waferfabricationisaverycomplicatedprocess,socluster

7、tooliswidelyusedinwaferprocessingtoensureproductionqualityandprecision.Asahighlyautomatedandintegratedmanufacturingsystem,asingle-clustertoolusuallyincludes4-6waferprocessingmodules,onewaferhandlingrobotandtwoloadlocksforwafercassetteloading/unloading.Becausethepriceoftheprocessingeq

8、uipmentisext