单臂组合设备调度方法、系统、移动终端及存储介质与流程

本发明涉及半导体制造自动化设备技术领域，尤其涉及一种单臂组合设备调度方法、系统、移动终端及存储介质。

背景技术：

近年来，由于市场需求扩大、投资环境的日益改善以及全球半导体产业向中国转移等原因，我国集成电路产业发展保持持续增长，进一步刺激了单晶硅、多晶硅等基础材料需求量的增长。组合设备作为制造硅晶圆最关键的一类设备，其高度自动化制造系统可以有效地应对市场需求。但是，晶圆片包含多层电路、加工环境高温高压，调度与控制该制造系统投入生产并不易。研究组合设备在不同运行环境下的调度与控制要求，成为该领域关注的焦点。

组合设备通常包含4-6个制造单元(manufacturingunit，mu)，装载待加工晶圆和成品晶圆的真空锁(loadlock，ll)和运输单元(transportunit，tu)，对应的组合设备分别称为单臂组合设备(single-armclustertools，satcs)和双臂组合设备(dual-armclustertools，dacls)。tu位于设备的中心位置，其它mu呈径向分布并由计算机统一控制。该设备拥有独特的单晶圆制造技术，即同一时刻，任意mu至多只能加工单片晶圆。通常，组合设备中设置两个ll，每个ll可以装载25片相同类型的晶圆。待加工的晶圆需通过机械手从ll卸载并将其载入系统；然后，根据晶圆加工工艺依次访问不同的mu；最后，机械手将成品晶圆再次载入ll。

随着晶圆制造由大批量少品种向客户定制化转变，导致系统频换切换和调试，寻找新的调度方法必然浪费大量的时间成本。为了提高设备的利用率和灵活性，组合设备更多的应用于同时加工多品种晶圆，不同品种晶圆的工艺路径存在mu共享情形。但是，现有的调度和控制方法仅适用于单品种或特定的晶圆品种。另外，组合设备无缓冲区，有限的mu带来资源竞争问题，易造成系统死锁。

技术实现要素：

本发明实施例要解决的技术问题是，现有的单臂组合设备调度过程中，由于其调度方法仅适用于单品种或特定的晶圆品种，因此导致系统锁死率较高的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种单臂组合设备调度方法，所述方法包括：

分析多品种晶圆同时加工时单臂组合设备的可调度性，并根据所述可调度性提出死锁避免规则；

根据所述死锁避免规则建立petri网模型；

获取本地加工策略，并将所述加工策略在所述petri网模型中进行计算，以得到多品种晶圆同时加工时所述单臂组合设备的最优调度算法；

根据所述最优调度算法控制所述单臂组合设备进行加工调度

更进一步的，所述根据所述可调度性提出死锁避免规则的步骤包括：

当所述单臂组合设备中的机械手从制造单元mui(i∈nn)卸载晶圆并移动至下一道加工工序si-next需满足下列条件之一：

当制造单元mui(i＝0)中待加工的晶圆个数不少于1时，si-next＝mui-next为空闲状态；

当制造单元mui(i∈nn⁺)中加工晶圆个数为1时，si-next＝mui-next为空闲状态；

当制造单元mui(i∈nn⁺)中加工晶圆个数为1时，si-next＝mun+1。

更进一步的，所述根据所述死锁避免规则建立petri网模型的步骤包括：

获取所述死锁避免规则中存储的所述单臂组合设备同时加工多品种晶圆时系统的运行特点和机械手的动作序列；

根据所述运行特点和所述机械手的动作序列以建立所述petri网模型；

其中，单臂组合设备同时加工多品种晶圆，第i种晶圆的晶圆流i∈nζ⁺，xjⁱ∈nn⁺，mi≤n。

更进一步的，所述单臂组合设备的库所和变迁间的函数关系如下：

·uj⁽ⁱ⁾＝{pj⁽ⁱ⁾，wj⁽ⁱ⁾}，u0^(i)·＝{d01⁽ⁱ⁾}，

·u0′⁽ⁱ⁾＝{p0⁽ⁱ⁾，d0⁽ⁱ⁾}，^·uj′⁽ⁱ⁾＝{pj′⁽ⁱ⁾}，u0′^(i)·＝{d01⁽ⁱ⁾}，

·lj⁽ⁱ⁾＝{d(j-1)j⁽ⁱ⁾}，lj^(i)·＝{pj⁽ⁱ⁾，r}，^·ln+1＝{pn+1′}，ln+1^·＝{pn+1，r}；

lj′^(i)·＝{pj′⁽ⁱ⁾}，ln+1′^(i)·＝{p0⁽ⁱ⁾，d0⁽ⁱ⁾，pn+1}；

vrj^(i)·＝{pj⁽ⁱ⁾，wj⁽ⁱ⁾}，

r表示单臂机械手；

表示晶圆在第j道工序加工时制造单元对应的资源库所，xjⁱ∈nn⁺；

p0⁽ⁱ⁾表示单臂组合设备在输入端中放置第i种待加工的晶圆；

pj⁽ⁱ⁾表示第i种类型晶圆在第j道工序加工，

pj′⁽ⁱ⁾表示第i种类型晶圆在第j道工序加工，

pn+1⁽ⁱ⁾表示单臂组合设备输出端中放置的第i种成品晶圆；

pn+1′表示机械手移动到输出端并准备装载成品晶圆到输出端；

用于连接与pn+1′，无实意；

djk⁽ⁱ⁾表示机械手将第i种晶圆从第j道工序移动到第k道工序，j＜k；

wj⁽ⁱ⁾表示机械从第j道工序卸载第i种晶圆前的等待；

vrj⁽ⁱ⁾表示空载机械手移动到第j道工序，

uj⁽ⁱ⁾表示机械手从第j道工序卸载第i种晶圆，

uj′⁽ⁱ⁾表示机械手从第j道工序卸载第i种晶圆，

lj⁽ⁱ⁾表示机械手将第i种类型的晶圆装载到第j道工序，

lj′⁽ⁱ⁾表示机械手将第i种类型的晶圆装载到第j道工序，

更进一步的，所述加工策略为所述单臂组合设备中当多个加工模块同时加工晶圆时，所述单臂组合设备上机械手移动到最快加工完成晶圆的目标模块，并将所述目标模块上的晶圆卸载。

本发明实施例的另一目的在于提供一种单臂组合设备调度系统，所述系统包括：

分析模块，用于分析多品种晶圆同时加工时单臂组合设备的可调度性，并根据所述可调度性提出死锁避免规则；

建模模块，用于根据所述死锁避免规则建立petri网模型；

算法计算模块，用于获取本地加工策略，并将所述加工策略在所述petri网模型中进行计算，以得到多品种晶圆同时加工时所述单臂组合设备的最优调度算法；

调度控制模块，用于根据所述最优调度算法控制所述单臂组合设备进行加工调度。

更进一步的，所述分析模块还用于：

当所述单臂组合设备中的机械手从制造单元mui(i∈nn)卸载晶圆并移动至下一道加工工序si-next需满足下列条件之一：

当制造单元mui(i＝0)中待加工的晶圆个数不少于1时，si-next＝mui-next为空闲状态；

当制造单元mui(i∈nn⁺)中加工晶圆个数为1时，si-next＝mui-next为空闲状态；

当制造单元mui(i∈nn⁺)中加工晶圆个数为1时，si-next＝mun+1。

更进一步的，所述建模模块还用于：

获取所述死锁避免规则中存储的所述单臂组合设备同时加工多品种晶圆时系统的运行特点和机械手的动作序列；

根据所述运行特点和所述机械手的动作序列以建立所述petri网模型；

其中，单臂组合设备同时加工多品种晶圆，第i种晶圆的晶圆流i∈nζ⁺，xjⁱ∈nn⁺，mi≤n。

本发明实施例的另一目的在于提供一种移动终端，包括存储设备以及处理器，所述存储设备用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述移动终端执行上述的单臂组合设备调度方法。

本发明实施例的另一目的在于提供一种存储介质，其存储有上述的移动终端中所使用的计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的单臂组合设备调度方法的步骤。

本发明实施例，可以避免因多品种晶圆同时加工带来的系统死锁问题，降低晶圆质量和损害sact设备，所述单臂组合设备调度方法中的调度算法计算复杂度为o(n²)，可以高效地应对多品种晶圆同时加工的调度问题，减少了因系统调试浪费的生产时间。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的单臂组合设备调度方法的流程图；

图2是本发明第二实施例提供的单臂组合设备调度方法的流程图；

图3是本发明第二实施例提供的单臂组合设备的结构示意图；

图4是本发明第二实施例提供的晶圆加工路径示意图；

图5是本发明第二实施例提供的两种类型晶圆同时在sact加工的petri网模型示意图；

图6是本发明第三实施例提供的单臂组合设备调度系统的结构示意图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一

请参阅图1，是本发明第一实施例提供的单臂组合设备调度方法的流程图，包括步骤：

步骤s10，分析多品种晶圆同时加工时单臂组合设备的可调度性，并根据所述可调度性提出死锁避免规则；

其中，通过分析多品种晶圆同时加工时单臂组合设备的可调度性的设计，以使分析多品种晶圆在sact的晶圆流和死锁情形；

步骤s20，根据所述死锁避免规则建立petri网模型；

其中，通过所述petri网模型的建立，有效的方便了单臂组合设备上晶圆加工的分析；

步骤s30，获取本地加工策略，并将所述加工策略在所述petri网模型中进行计算，以得到多品种晶圆同时加工时所述单臂组合设备的最优调度算法；

其中，所述加工策略为所述单臂组合设备中当多个加工模块同时加工晶圆时，所述单臂组合设备上机械手移动到最快加工完成晶圆的目标模块，并将所述目标模块上的晶圆卸载；

步骤s40，根据所述最优调度算法控制所述单臂组合设备进行加工调度；

本实施例，可以避免因多品种晶圆同时加工带来的系统死锁问题，降低晶圆质量和损害sact设备，所述单臂组合设备调度方法中的调度算法计算复杂度为o(n²)，可以高效地应对多品种晶圆同时加工的调度问题，减少了因系统调试浪费的生产时间。

实施例二

请参阅图2至图4，是本发明第二实施例提供的单臂组合设备调度方法的流程图，包括步骤：

步骤s11，分析多品种晶圆同时加工时单臂组合设备的可调度性，并根据所述可调度性提出死锁避免规则；

sact同时加工多品种晶圆，第i种晶圆的晶圆流为i∈nζ⁺，xjⁱ∈nn⁺，mi≤n。

nn⁺＝{1，2...，n}；

n表示系统中制造单元mu的总数量；

mi表示第i种晶圆加工工序的总数量；

si，j表示第i种晶圆加工第j道工序；

表示第i种晶圆的第j道工序对应的制造单元。

具体的，该步骤中，当sact同时加工多品种晶圆时，系统中仅应用单臂机械手用于装卸载晶圆，资源竞争问题易造成系统死锁，降低了生产率甚至损坏设备。然而，组合设备非常昂贵，因此，死锁是sact加工多品种晶圆需解决的关键问题。在n个mu的sact中，如果机械手从mui(i∈nn⁺)卸载晶圆，应提前检测mui中是否存在晶圆。若mui有晶圆加工，机械手可以执行该命令，否则为了避免系统发生死锁机械手将被禁止执行此命令。同理可知，若机械手从mu0卸载晶圆，为了避免系统发生死锁需保证mu0存在待加工的晶圆。

优选的，所述根据所述可调度性提出死锁避免规则的步骤包括：

当所述单臂组合设备中的机械手从制造单元mui(i∈nn)卸载晶圆并移动至下一道加工工序si-next需满足下列条件之一：

当制造单元mui(i＝0)中待加工的晶圆个数不少于1时，si-next＝mui-next为空闲状态；

当制造单元mui(i∈nn⁺)中加工晶圆个数为1时，si-next＝mui-next为空闲状态；

当制造单元mui(i∈nn⁺)中加工晶圆个数为1时，si-next＝mun+1；

步骤s21，获取所述死锁避免规则中存储的所述单臂组合设备同时加工多品种晶圆时系统的运行特点和机械手的动作序列；

步骤s31，根据所述运行特点和所述机械手的动作序列以建立所述petri网模型；

其中，单臂组合设备同时加工多品种晶圆，第i种晶圆的晶圆流i∈nζ⁺，xjⁱ∈nn⁺，mi≤n；

根据所述运行特点和所述机械手的动作序列，步骤31建立了通用的petri网模型描述多品种晶圆同时在sact加工，表示sact加工多品种晶圆的petri网模型，其中库所集变迁集初始标识

具体的，所述单臂组合设备的库所和变迁间的函数关系f如下：

·uj⁽ⁱ⁾＝{pj⁽ⁱ⁾，wj⁽ⁱ⁾}，u0^(i)·＝{d01⁽ⁱ⁾}，

·u0′⁽ⁱ⁾＝{p0⁽ⁱ⁾，d0⁽ⁱ⁾}，^·uj′⁽ⁱ⁾＝{pj′⁽ⁱ⁾}，u0′^(i)·＝{d01⁽ⁱ⁾}，

·lj⁽ⁱ⁾＝{d(j-1)j⁽ⁱ⁾}，lj^(i)·＝{pj⁽ⁱ⁾，r}，^·ln+1＝{pn+1′}，ln+1^·＝{pn+1，r}；

lj′^(i)·＝{pj′⁽ⁱ⁾}，ln+1′^(i)·＝{p0⁽ⁱ⁾，d0⁽ⁱ⁾，pn+1}；

vrj^(i)·＝{pj⁽ⁱ⁾，wj⁽ⁱ⁾}，

r表示单臂机械手；

表示晶圆在第j道工序加工时制造单元对应的资源库所，xjⁱ∈nn⁺；

p0⁽ⁱ⁾表示单臂组合设备在输入端中放置第i种待加工的晶圆；

pj⁽ⁱ⁾表示第i种类型晶圆在第j道工序加工，

pj′⁽ⁱ⁾表示第i种类型晶圆在第j道工序加工，

pn+¹⁽ⁱ⁾表示单臂组合设备输出端中放置的第i种成品晶圆；

pn+1′表示机械手移动到输出端并准备装载成品晶圆到输出端；

用于连接与pn+1′，无实意；

djk⁽ⁱ⁾表示机械手将第i种晶圆从第j道工序移动到第k道工序，j＜k；

wj⁽ⁱ⁾表示机械从第j道工序卸载第i种晶圆前的等待；

vrj⁽ⁱ⁾表示空载机械手移动到第j道工序，

uj⁽ⁱ⁾表示机械手从第j道工序卸载第i种晶圆，

uj′⁽ⁱ⁾表示机械手从第j道工序卸载第i种晶圆，

lj⁽ⁱ⁾表示机械手将第i种类型的晶圆装载到第j道工序，

lj′⁽ⁱ⁾表示机械手将第i种类型的晶圆装载到第j道工序，

表示第i种晶圆在某批量加工的总数量；

步骤s41，获取本地加工策略，并将所述加工策略在所述petri网模型中进行计算，以得到多品种晶圆同时加工时所述单臂组合设备的最优调度算法；

其中，所述加工策略为所述单臂组合设备中当多个加工模块同时加工晶圆时，所述单臂组合设备上机械手移动到最快加工完成晶圆的目标模块，并将所述目标模块上的晶圆卸载；

优选的，petri网模型定义建立的两种晶圆同时在sact加工的petri网模型，其中两种晶圆流分别为wfp1＝(pm1，pm3)，wfp2＝(pm2，pm3)；

该步骤中，算法为：petri网模型在任意状态标识为mk(k≥1)状态下，根据下面规则选择使能变迁t，使系统达到新的状态mk+1，实时调度与控制系统加工多品种晶圆。

具体的，该步骤中的具体实施程序为：

er表示集合；

r(p)表示令牌在库所p的驻留时间，

r(t)表示触发变迁所需时间，

mi表示库所对应的向量在第i次触发变迁后达到的标识；

表示第i次触发变迁对应的向量；

表示系统的petri网模型对应的关联矩阵；

χi(p)表示令牌进入库所p的时刻，

λi表示系统达到标识mi的时刻；

公式：

注：若χi(p)＝0，表示在系统达到标识mi时，无令牌进入库所p。在初始状态时，sact处于空闲状态，可得标识mi≤n，和xjⁱ∈nn⁺，m0(p)＝0，λ0＝0；

步骤s51，根据所述最优调度算法控制所述单臂组合设备进行加工调度；

本实施例，可以避免因多品种晶圆同时加工带来的系统死锁问题，降低晶圆质量和损害sact设备，所述单臂组合设备调度方法中的调度算法计算复杂度为o(n²)，可以高效地应对多品种晶圆同时加工的调度问题，减少了因系统调试浪费的生产时间。

实施例三

请参阅图6，是本发明第三实施例提供的单臂组合设备调度系统100的结构示意图，包括：分析模块10、建模模块11、算法计算模块12和调度控制模块13，其中：

分析模块10，用于分析多品种晶圆同时加工时单臂组合设备的可调度性，并根据所述可调度性提出死锁避免规则。

建模模块11，用于根据所述死锁避免规则建立petri网模型。

算法计算模块12，用于获取本地加工策略，并将所述加工策略在所述petri网模型中进行计算，以得到多品种晶圆同时加工时所述单臂组合设备的最优调度算法，其中，所述加工策略为所述单臂组合设备中当多个加工模块同时加工晶圆时，所述单臂组合设备上机械手移动到最快加工完成晶圆的目标模块，并将所述目标模块上的晶圆卸载。

调度控制模块13，用于根据所述最优调度算法控制所述单臂组合设备进行加工调度。

优选的，所述分析模块10还用于：

当所述单臂组合设备中的机械手从制造单元mui(i∈nn)卸载晶圆并移动至下一道加工工序si-next需满足下列条件之一：

当制造单元mui(i＝0)中待加工的晶圆个数不少于1时，si-next＝mui-next为空闲状态；

当制造单元mui(i∈nn⁺)中加工晶圆个数为1时，si-next＝mui-next为空闲状态；

当制造单元mui(i∈nn⁺)中加工晶圆个数为1时，si-next＝mun+1。

本实施例中，所述建模模块11还用于：

获取所述死锁避免规则中存储的所述单臂组合设备同时加工多品种晶圆时系统的运行特点和机械手的动作序列；

根据所述运行特点和所述机械手的动作序列以建立所述petri网模型；

其中，单臂组合设备同时加工多品种晶圆，第i种晶圆的晶圆流i∈nζ⁺，xjⁱ∈nn⁺，mi≤n；

具体的，所述单臂组合设备的库所和变迁间的函数关系如下：

·uj⁽ⁱ⁾＝{pj⁽ⁱ⁾，wj⁽ⁱ⁾}，u0^(i)·＝{d01⁽ⁱ⁾}，

·u0′⁽ⁱ⁾＝{p0⁽ⁱ⁾，d0⁽ⁱ⁾}，^·uj′⁽ⁱ⁾＝{pj′⁽ⁱ⁾}，u0′^(i)·＝{d01⁽ⁱ⁾}，

·lj⁽ⁱ⁾＝{d(j-1)j⁽ⁱ⁾}，lj^(i)·＝{pj⁽ⁱ⁾，r}，^·ln+1＝{pn+1′}，ln+1^·＝{pn+1，r}；

lj′^(i)·＝{pj′⁽ⁱ⁾}，ln+1′⁽ⁱ⁾·＝{p0⁽ⁱ⁾，d0⁽ⁱ⁾，pn+1}；

vrj^(i)·＝{pj⁽ⁱ⁾，wj⁽ⁱ⁾}，

r表示单臂机械手；

表示晶圆在第j道工序加工时制造单元对应的资源库所，xjⁱ∈n⁺；

p0⁽ⁱ⁾表示单臂组合设备在输入端中放置第i种待加工的晶圆；

pj⁽ⁱ⁾表示第i种类型晶圆在第j道工序加工，

pj′⁽ⁱ⁾表示第i种类型晶圆在第j道工序加工，

pn+1⁽ⁱ⁾表示单臂组合设备输出端中放置的第i种成品晶圆；

pn+1′表示机械手移动到输出端并准备装载成品晶圆到输出端；

用于连接与pn+1′，无实意；

djk⁽ⁱ⁾表示机械手将第i种晶圆从第j道工序移动到第k道工序，j＜k；

wj⁽ⁱ⁾表示机械从第j道工序卸载第i种晶圆前的等待；

vrj⁽ⁱ⁾表示空载机械手移动到第j道工序，

uj⁽ⁱ⁾表示机械手从第j道工序卸载第i种晶圆，

uj′⁽ⁱ⁾表示机械手从第j道工序卸载第i种晶圆，

lj⁽ⁱ⁾表示机械手将第i种类型的晶圆装载到第j道工序，

lj′⁽ⁱ⁾表示机械手将第i种类型的晶圆装载到第j道工序，

本实施例，可以避免因多品种晶圆同时加工带来的系统死锁问题，降低晶圆质量和损害sact设备，所述单臂组合设备调度方法中的调度算法计算复杂度为o(n²)，可以高效地应对多品种晶圆同时加工的调度问题，减少了因系统调试浪费的生产时间。

本实施例还提供一种移动终端，包括存储设备以及处理器，所述存储设备用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述移动终端执行上述的单臂组合设备调度方法。

本实施例还提供了一种存储介质，其上存储有上述移动终端中所使用的计算机程序，该程序在执行时，包括如下步骤：

分析多品种晶圆同时加工时单臂组合设备的可调度性，并根据所述可调度性提出死锁避免规则；

根据所述死锁避免规则建立petri网模型；

获取本地加工策略，并将所述加工策略在所述petri网模型中进行计算，以得到多品种晶圆同时加工时所述单臂组合设备的最优调度算法；

根据所述最优调度算法控制所述单臂组合设备进行加工调度。所述的存储介质，如：rom/ram、磁碟、光盘等。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元或模块完成，即将存储装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施方式中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。

本领域技术人员可以理解，图6中示出的组成结构并不构成对本发明的单臂组合设备调度系统的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置，而图1和图2中的单臂组合设备调度方法亦采用图6中所示的更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置来实现。本发明所称的单元、模块等是指一种能够被所述目标单臂组合设备调度系统中的处理器(图未示)所执行并功能够完成特定功能的一系列计算机程序，其均可存储于所述目标单臂组合设备调度系统的存储设备(图未示)内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。