一种半导体生产线自适应动态调度装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种半导体生产线自适应动态调度装置，与制造执行系统连接。所述的调度装置包括调度管理器、学习器和显示设备，所述的调度管理器与制造执行系统连接，所述的调度管理器、学习器和显示设备依次连接；所述的调度管理器由制造执行系统获取当前待调度工件列表传输给学习器，学习器利用其保存的派工规则计算当前待调度工件加工优先级并传输给显示设备，显示设备对当前待调度工件加工优先级进行显示。与现有技术相比，本发明具有提高工件加工效率和瓶颈设备利用率、动态调节性好等优点。
【专利说明】一种半导体生产线自适应动态调度装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子制造及其他离散制造生产系统的生产管理领域，尤其是涉及一种半导体生产线自适应动态调度装置，用于实时决策多个工件在设备上加工的优先级，对提高半导体生产线运作性能具有重要意义。
【背景技术】
[0002]在采用流水线车间加工的生产系统中，一个传送系统沿着工作台运送在制品工件(Work-1n-Process, WIP),在每个工作台处,完成WIP的一道不同工序。从理论上,WIP在从头到尾加工行进期间中访问各个工作台一次。半导体生产线与使用流水线车间加工的大多数生产系统不同。在半导体生产线中，WIP在加工行进过程中有可能数次访问同一个工作台，WIP要经历数次清洗、氧化、沉积、喷涂金属、蚀刻、离子注入及脱膜等工序，直到完成半导体产品。
[0003]图1给出一种简化的多产品半导体生产线SL1。在该模型中，利用三个工作台W1、W2、W3制造两种产品A、B。工作台Wl有两台设备E11、E12，工作台W2有两台设备E21、E22，工作台W3有一台设备E33。按照设备的加工程序，每个设备前最多具有加工程序数目个缓冲区，在此半导体生产线模型中，每个设备的缓冲区最多有2个，分别为Sill、S112、S121、S122、S211、S212、S221、S222、S331、S332。不同完成状态下的WIP被放在缓冲区中以供相应的设备加工。在该模型中，产品在加工过程中数次访问同一个工作台，例如，产品类型A在完成加工退出半导体生产线SLl之前，访问工作站W1、W2、W3各两次。典型地，一般的半导体生产线可利用上百台工作台或设备制造十余种甚至数百种产品，每种产品需要数百道加工工序。
[0004]从图1中可以看出，在半导体生产线运行期间的任何特定时刻，设备Ell、E12、E21、E22、E33处的缓冲区可含有两种产品不同完成阶段下的各式各样的WIP。然而，各设备的资源是有限的，因此，各WIP必须竞争各设备的有限资源。
[0005]半导体工业界已做出多种尝试，以提高制造运作性能，快速收回成本并提高客户满意度。
[0006]在美国专利“半导体生产线推式调度方法(Push-type scheduling forsemiconductor fabrication)，，(申请号=67I483O)中，Browning 与 Raymond 提出了一种为在瓶颈加工设备前排队等待加工的WIP确定加工优先级的方法。首先，为每个WIP确定下一次回到该设备之前或完成所有加工的所需完成的加工工序在该瓶颈设备的下游加工设备上是否存在确定的加工轨迹。如果存在确定的加工轨迹，就让这些加工设备为该WIP预留加工时间，然后再将此WIP投入加工。这样可以避免瓶颈设备的下游设备中出现瓶颈。如果存在多个WIP具有确定的加工轨迹，按照排队或优先级的方法确定WIP投入生产线的次序。这种方法实现起来比较麻烦，并且在生产线上存在着大量的WIP，为每个WIP都确定其加工轨迹很费时，并且生产线是高度不确定的，设备故障非常频繁，所有这些都会打乱已有的计划。[0007]在美国专利“用于集成电路工件动态分派的制造方法与系统(Manufacturingmethod and system for dynamic dispatching of integrated circuit wafer lots)，，(编号:5889673)中，Pan Yirn-Sheng和Tseng Horng-Huei提出了将设备前等待加工的WIP中下一步即将使用的加工设备负载较低的WIP的优先级提高优先加工的方法。该方法只是尽量保证设备具有合适的负载，但是并没有考虑WIP的交货期限制以及设备占用情况。
[0008]在美国专利“用于半导体制造工厂动态分派的方法与系统(Method and systemfor dynamic dispatching in semiconductor manufacturing plants)，，(编号:5612886)中，Weng Y1-Cherng提出了基于看板思想的，同时考虑WIP优先级与排队时间的调度方法。该方法在思想上接近常用的FIF0(即先入先出策略)，该方法在WIP较少的情况下，是具有比较好的性能的。但当WIP水平较高的情况下，该策略的性能明显不如其他的调度方法。而在实际的半导体生产线上，常常具有较高的WIP水平。
[0009]在美国专利“基于优先级的半导体集群设备调度方法与装置(Method andapparatus for priority based scheduling of wafer processing within a multiplechamber semiconductor wafer processing tool)”(编号:5928389)中，Jevtic 提出了一种基于优先级的调度方法，该方法根据设备的可用能力动态改变工件的加工优先级，根据优先级确定工件的加工顺利。该方法只考虑了特定设备WIP的移动方式，未考虑生产线调度。
[0010]在美国专利“带有多臂机器人的半导体集群设备调度方法与装置(Methodand apparatus for scheduling wafer processing within a multiple chambersemiconductor wafer processing tool having a multiple blade robot)，，(编号:6074443)中，Venkatesh与Jevtic调度器为集群设备中的每个工具指定优先级,然后根据此优先级实现工件在工具间的流动，优先级是按照最小加工时间原则确定的。该方法只考虑了特定设备中WIP的移动方式，未考虑生产线调度。
[0011]在美国专利“半导体集群设备排程方法与装置(Method and apparatus forsequencing wafers in a multiple chamber, semiconductor wafer processingsystem)”(编号:6122566)中,Nguyen与Levi提出了一种实时多任务控制机制来预测下一步将要加工的工件，如果工具空闲，则工件被移送给工具；如果工具占用，工件被缓存。该方法只考虑了特定设备中WIP的移动方式，未考虑生产线调度。
[0012]在美国专利“半导体工具工件调度系统与方法置(System and method forscheduling manufacturing jobs for a semiconductor manufacturing tool)，，(编号:7269469)中，Shi等提出了一种监控工件在缓冲区的位置以保证在正确时间加工的方法，该方法只考虑了特定设备中WIP的移动方式，未考虑生产线调度。
[0013]在中国专利“基于最小闲滞时间思想的可再入生产线加工的调度方法”(编号:CN1230267A)中，P.R.库玛尔与瑞.M.理查德森提出了一种为设备前缓冲区中每个WIP生成闲滞变量，选择闲滞变量最小的WIP优先加工的方法。该方法存在以下几个不足。首先，只考虑了降低WIP的加工周期，但却没有考虑交货期的限制，因为即使是同种产品，其交货期可能也是不同的，从而可能造成准时交货率的下降；其次，没有考虑半导体生产设备的加工特性，许多半导体加工设备的加工程序发生变化时，要引起较长的准备时间，从而造成加工周期的延长与设备利用率的下降。[0014]在中国专利“用于调度半导体批次的系统”(编号:CN101361075)中，迪克斯坦等提供了一种用于在多个工具之间调度多个半导体批次的系统。该系统包括调度服务器管理器以及调度综合器和显示设备。调度综合器和显示设备向管理器传递调度请求并且从管理器接收调度列表。该管理器查询多个半导体批次的处理状态并且显示调度列表以响应处理状态。调度列表包括与处理状态有关的相关原因和/或代码。该方法通过查询批次的状态与既定的调度列表完成批次调度，不具备优化功能。
[0015]在中国专利“基于Petri网与免疫算法的半导体生产线建模与优化调度方法”(编号:CN101493857)中，吴启迪等提供了一种基于Petri网与免疫算法的半导体生产线优化调度方法。该方法利用Petri网对半导体生产线进行建模:路径调度模型；设备组调度模型和设备调度模型；免疫算法作为调度策略嵌入到Petri网模型中。通过Petri网模型，可以描述半导体制造系统所有可能的行为，如工件加工、设备故障、批处理和有缺陷的晶圆返工等。免疫算法的染色体可以直接从Petri网模型的搜索节点中构造出来，每条染色体的每个基因记录了每个设备组的调度策略。通过对Petri网模型的仿真，得到一个较好的染色体，从而生成一个次优的调度策略。优点是降低了模型的复杂性、提高了模型和调度算法的可重用性，缺点是对调度策略集合的选择具有一定的依赖性。
[0016]在中国专利“半导体制造系统的重调度决策系统”(编号:CN101424919)中，张洁等提供了一种半导体制造领域的半导体制造系统的重调度决策系统。系统中，Gn模块负责与用户和其他模块进行交互；模糊神经网络决策模块获得半导体制造系统的生产状态和干扰信息数据，进行半导体制造系统的重调度决策处理，并将重调度决策处理的信息结果输出到模糊神经网络参数训练模块和GUI模块。模糊神经网络参数训练模块对模糊神经网络决策模块的模糊化层的中心值、宽度值参数和输出层的连接权值参数进行训练处理，提高了半导体制造系统的重调度决策的准确性。
[0017]在中国专利“基于信息素的用于半导体生产线的动态调度方法”(编号:CN1734382)中，吴启迪等提供了一种基于信息素的用于半导体生产线的动态调度方法。该调度方法的实施步骤为:首先，为每个WIP存储信息素变量，该变量与该WIP的交货期、待加工工序对设备的占用时间、WIP各工序的净加工时间以及WIP的生产周期倍增因子相关；其次，为每个设备存储信息素变量，该变量与设备负载相关，然后，把多个WIP的信息素变量以及相关的设备的信息素变量进行综合，为每个WIP生成一个选择变量；最后，根据该方法，对多个WIP比较选择变量以选择多个WIP中的一个用于在该设备上加工。该调度方法可以同时改善生产或制造系统的多个性能指标，包括短期性能指标以及长期性能指标。
[0018]纵观目前已有的半导体生产线调度方面的专利，主要针对半导体生产线的特定加工区域；在针对半导体生产线调度的专利中，主要采取基于规则的方法，或者采取智能方法选取规则的组合的方法，尚未发现使用具有自适应能力的动态调度方法获得半导体生产线动态派工方案的专利。
【发明内容】
[0019]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高工件加工效率和瓶颈设备利用率、动态调节性好的半导体生产线自适应动态调度装置。
[0020]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:[0021]一种半导体生产线自适应动态调度装置，与制造执行系统连接，所述的调度装置包括调度管理器、学习器和显示设备，所述的调度管理器与制造执行系统连接，所述的调度管理器、学习器和显示设备依次连接；
[0022]所述的调度管理器由制造执行系统获取当前待调度工件列表传输给学习器，学习器利用其保存的派工规则计算当前待调度工件加工优先级并传输给显示设备，显示设备对当前待调度工件加工优先级进行显示。
[0023]所述的学习器包括动态派工计算模块、学习机和仿真模块，所述的学习机、仿真模块、动态派工计算模块两两连接；
[0024]所述的动态派工计算模块中存储有动态派工规则，并利用动态派工规则计算由调度管理器提供的待调度工件的加工优先级；
[0025]所述的学习机学习动态派工规则的参数与实际工况的关系模型，并传输给动态派工计算模块；
[0026]所述的仿真模块用于模拟实际生产线的运行情况，并调用动态调度规则，生成调度方案，作为上述动态派工规则的参数与实际工况的关系模型学习所需的样本。
[0027]所述的动态派工规则具体为:
[0028]Stepl:当设备i在时刻t变为可用状态时，确定设备是否为批加工设备，若是，则转St印2，若否，则转St印6 ；
[0029]St印2:计算设备i前待调度工件的信息变I (r)
【权利要求】
1.一种半导体生产线自适应动态调度装置，与制造执行系统连接，其特征在于，所述的调度装置包括调度管理器、学习器和显示设备，所述的调度管理器与制造执行系统连接，所述的调度管理器、学习器和显示设备依次连接； 所述的调度管理器由制造执行系统获取当前待调度工件列表传输给学习器，学习器利用其保存的派工规则计算当前待调度工件加工优先级并传输给显示设备，显示设备对当前待调度工件加工优先级进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种半导体生产线自适应动态调度装置，其特征在于，所述的学习器包括动态派工计算模块、学习机和仿真模块，所述的学习机、仿真模块、动态派工计算模块两两连接； 所述的动态派工计算模块中存储有动态派工规则，并利用动态派工规则计算由调度管理器提供的待调度工件的加工优先级； 所述的学习机学习动态派工规则的参数与实际工况的关系模型，并传输给动态派工计算模块； 所述的仿真模块用于模拟实际生产线的运行情况，并调用动态调度规则，生成调度方案，作为上述动态派工规则的参数与实际工况的关系模型学习所需的样本。
3.根据权利要求2所述的一种半导体生产线自适应动态调度装置，其特征在于，所述的动态派工规则具体为: Stepl:当设备i在时刻t变为可用状态时，确定设备是否为批加工设备，若是，则转St印2，若否，则转St印6 ； Step2:计算设备i前待调度工件的信息变量<(0
4.根据权利要求2所述的一种半导体生产线自适应动态调度装置，其特征在于，所述的动态派工规则的参数包括a 1、β 1、α 2、β 2、Y和σ。
5.根据权利要求4所述的一种半导体生产线自适应动态调度装置，其特征在于，所述的学习机学习动态派工规则的参数与实际工况的关系模型具体为:
α i = S1.rh+b!.rp+Cl
β i = a2.rh+b2.rp+c2
6.根据权利要求5所述的一种半导体生产线自适应动态调度装置，其特征在于，所述的学习机学习动态派工规则的参数与实际工况的关系模型的具体步骤为: .1)仿真模块根据生产线历史数据动态建立仿真模型； . 2)在仿真模型中建立调度规则库、生产线系统/光刻区所需的过程状态(rh，rp，rhJ)h(rt。，rp photo)和性能指标，所述的性能指标包括工件移动步数Move和关键设备利用率Utility ； . 3)获取设备利用率在60%以上的瓶颈设备； .4)对瓶颈设备采用动态派工规则，分别随机产生对应的a,1、β 1、α 2、β 2、Υ、σ值，同时自动记录生产线/加工区的过程状态信息(rh, rp, rh photo, rPJhoto)、Move和Utility, rh_photo, rp photo分别表示光刻加工区的紧急工件比例与后1/3光刻工件比例； . 5)应用两次BP神经网络算法获得较优的αP β P α 2、β 2、Υ、σ值和(rh，rp, rhjhoto,rρ—photo)值 .6)通过线性规划方法获取αρ β ρ α 2、β 2、gamma、σ值和(rh, rp, photo，Fp—photo)值之间的逻辑关系； .7)利用粒子群优化神经网络算法优化αρ β ρ α 2、β 2、Y、σ值和(rh，rp, rh photo, rpphoto)值之间二兀一次关系表达式的系数a” bp Cit5
【文档编号】G05B13/04GK103439886SQ201310320617
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年7月26日 优先权日:2013年7月26日
【发明者】李莉, 吴启迪, 乔非, 徐辉 申请人:同济大学