2.3?應用實例

2.3.1　FabSys概述

半導體制造系統是以單晶硅為原料,集成電路為產品的生產線,其制造過程如圖2?4所示,將單晶硅錠切片磨光后,通過前端工藝和后端工藝對硅片進行加工,制成集成電路芯片。其中前端工藝為硅片加工工藝,包括氧化、光刻、刻蝕、離子注入、擴散、清洗等工序。后端工藝對硅片進行分割、封裝、測試。相比后端工藝,前端工藝工序步驟多,工藝流程復雜,設備成本高,處理前端工藝的硅片加工生產線的調度問題是本章的研究對象。硅片加工生產線規?？蛇_到數百臺設備,每個產品需要完成數百道加工工序。

某硅片生產制造企業5in、6in(1in=25.4mm)硅片加工生產線(Fabrication System,FabSys)的基本參數如表2?1所示。從表2?1中的數據可知,FabSys具有工藝流程復雜、多重入、多產品混合加工、設備加工類型多樣等特點,此外在FabSys加工過程中,設備故障、訂單變更、返工等不確定因素頻繁發生,因此,FabSys是典型的復雜制造系統。

圖2?4　半導體制造過程

FabSys中設備處理的加工工序和圖2?4中的前端加工工藝“晶圓片加工”相對應,這些設備按功能劃分為8個加工區域,這些加工區域的名稱和縮寫如表2?2所示,將所有加工區的集合記為work_areas={DF,IM,EP,LT,PE,PC,TF,WT}。

本章以上述5in、6in硅片加工生產線(FabSys)的調度問題為驗證對象。從表2?1中FabSys的設備和在制品規模可知FabSys的調度問題為大規模、非零初始狀態調度問題。在調度過程中,受緊急訂單、設備故障等不確定事件和加工時間、剩余加工周期等不確定參數的影響,較難獲取長期有效并優化全局性能指標的調度方案。這里在研究FabSys的調度問題時借助課題組前期自主研發的硅片加工生產線調度仿真模型(OOSM_fab),可以通過數據接口實時加載FabSys的實際在線生產數據,并可模擬企業生產線的運行狀況。OOSM_fab中實現啟發式調度規則和企業的通用調度規則,通過這些調度規則確定硅片在設備上的優先級,從而生成調度方案。

表2?1　FabSys生產線的基本參數

表2?2　FabSys中的加工區及縮寫