【摘要】：隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,晶圓制造水平快速更新迭代,具有先進和復(fù)雜的工藝要求。組合設(shè)備(Cluster tools)是一種高度自動化的設(shè)備,可以保證晶圓產(chǎn)品質(zhì)量并提高生產(chǎn)效率。組合設(shè)備常伴有強酸以及高溫環(huán)境,例如晶圓的清洗(Cleaning)及上膠(Coating)等過程。為了避免晶圓表面遭到損壞,晶圓處理完畢后應(yīng)盡快從加工模塊取出。從處理完畢到卸載,晶圓可能在加工模塊中的逗留一段時間,該段時間稱為晶圓延遲(Wafer delay)。晶圓延遲對晶圓質(zhì)量具有消極的影響,通過對機械手的合理控制可以減少晶圓延遲。因此,研究穩(wěn)態(tài)下單臂組合設(shè)備的晶圓延遲問題不僅可以優(yōu)化晶圓的產(chǎn)品質(zhì)量,而且為組合設(shè)備的調(diào)度控制提供了理論支持。本文工作內(nèi)容如下:(1)為了分析單臂組合設(shè)備系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)過程,首先應(yīng)構(gòu)建系統(tǒng)模型。本文描述了穩(wěn)態(tài)下單臂組合設(shè)備系統(tǒng)的機械手運轉(zhuǎn)過程和作業(yè)序列,并構(gòu)建出相應(yīng)地Petri網(wǎng)模型。同時,本文對模型中的庫所與變遷進行賦時處理,使得系統(tǒng)模型具有時間特性,更切合實際系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的動態(tài)過程。最后,提出了控制策略避免Petri網(wǎng)模型中的潛在死鎖情形。(2)組合設(shè)備穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)時,各個組件模塊并行工作。為了研究運轉(zhuǎn)過程各個離散事件的動態(tài)特性,本文分析了以Petri網(wǎng)模型為基礎(chǔ)的穩(wěn)態(tài)調(diào)度下單臂組合設(shè)備的系統(tǒng)時間特性。從生產(chǎn)流程的角度分析了各步驟的生產(chǎn)節(jié)拍;從機械手的角度剖析了機械手的作業(yè)序列,獲得了各步驟的晶圓駐留時間和機械手作業(yè)周期的計算公式,以此得出穩(wěn)態(tài)調(diào)度最優(yōu)周期時的各步驟等待時間的上界。此外,針對傳統(tǒng)拉式策略和盡快加工策略,揭示了系統(tǒng)最優(yōu)周期下機械手等待時間的分布規(guī)律。(3)晶圓延遲由系統(tǒng)的調(diào)度任務(wù)決定。為了合理地調(diào)度機械手從而減少系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程中的晶圓延遲,需找出晶圓延遲的影響因素。首先,推導(dǎo)出晶圓延遲的解析表達式,通過數(shù)學(xué)規(guī)劃模型闡述了目標(biāo)函數(shù)與約束條件,并討論了不同機械手等待時間對晶圓延遲的影響程度。其次,根據(jù)程度的不同,開發(fā)了機械手等待時間設(shè)置的優(yōu)先級規(guī)則。最后,基于優(yōu)先級規(guī)則開發(fā)出單臂組合設(shè)備調(diào)度的求解算法,并提出了等待時間充足性定理,該定理用于檢測等待時間能否抵消系統(tǒng)所有的晶圓延遲。當(dāng)?shù)却龝r間充分時,系統(tǒng)通過調(diào)度求解算法所得的調(diào)度策略運行至穩(wěn)態(tài)后,系統(tǒng)的晶圓延遲為零;當(dāng)?shù)却龝r間不足時,系統(tǒng)通過該算法所得的策略運行可有效地減少晶圓的延遲。(4)為了驗證調(diào)度算法的可行性,本文通過Matlab軟件對算法進行代碼編寫并設(shè)計了求解穩(wěn)態(tài)調(diào)度的策略。利用調(diào)度甘特圖模擬了組合設(shè)備系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)調(diào)度策略下的運轉(zhuǎn)過程,并舉例證明了算法的有效性。實驗結(jié)果顯示,在相同的加工條件下,與傳統(tǒng)拉式策略和盡快加工策略相比,該調(diào)度算法的調(diào)度方案不僅可保證系統(tǒng)在最優(yōu)周期下運行,而且具有更短的晶圓延遲。
【圖文】：

50751001251502003004501970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 年份晶圓尺寸單位：mm圖 1.2 晶圓尺寸發(fā)展史障和調(diào)試保養(yǎng)所引起的產(chǎn)能損失。由于存在機臺故障和降[11]。為了保證產(chǎn)品的生產(chǎn)良率，組合設(shè)備在生產(chǎn)過程組合設(shè)備作業(yè)達到一定的次數(shù)，需停機對反應(yīng)加工腔內(nèi)失。如圖 1.3 中，某企業(yè)維修工程師正在對電感耦合led plasma，ICP)停機開腔，并使用酒精對腔體進行保養(yǎng)工小時，其造成了大量的產(chǎn)能流失。

第一章 緒論述，無時間約束的調(diào)度研究主要是圍繞組合設(shè)備的模型構(gòu)建以及死鎖問題。（2）具有時間約束的控制研究。實際工業(yè)生產(chǎn)中，當(dāng)晶圓制作結(jié)束后，將在 PM中進行等待一段時間，直至機械手將其卸載，該段時間稱為晶圓延遲。一些生產(chǎn)工藝具有苛刻的時間限制，晶圓在PM中處理結(jié)束后需盡快卸載，，否則會導(dǎo)致其損傷甚至損壞，該限制稱為晶圓駐留時間約束(wafer residency time constraint，WRTC)，簡稱駐留時間約束。例如低壓化學(xué)氣相沉積(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD)具有嚴(yán)格的駐留時間約束，一旦超過了規(guī)定的時間上限，PM 中的殘留氣體及余溫將對晶圓表面造成嚴(yán)重的損害[43-45]。在 PM 的濕法清潔中，晶圓在化學(xué)清洗槽中經(jīng)過酸洗后必須立即取出并在去離子水槽中清洗干凈，否則殘留的強酸將影響晶圓表面的均勻性與平坦度[46]。在上膠的相關(guān)工藝中，需將晶圓放入烤盤中，在 110°的高溫下對晶圓表面的薄膜進行固膜處理[47]，如圖 1.5 所示。若晶圓在烤盤中滯留時間過長，則會對后續(xù)的光刻造成影響，將使得晶圓的產(chǎn)品質(zhì)量下降。因此，滿足駐留時間的約束至關(guān)重要。
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN305.1

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