2.3?應用實例

2.3.1　FabSys概述

半導體制造系統(tǒng)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(guī)模可達到數(shù)百臺設備,每個產品需要完成數(shù)百道加工工序。

某硅片生產制造企業(yè)5in、6in(1in=25.4mm)硅片加工生產線(Fabrication System,FabSys)的基本參數(shù)如表2?1所示。從表2?1中的數(shù)據(jù)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(fā)生,因此,FabSys是典型的復雜制造系統(tǒng)。

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(qū)域,這些加工區(qū)域的名稱和縮寫如表2?2所示,將所有加工區(qū)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(guī)模可知FabSys的調度問題為大規(guī)模、非零初始狀態(tài)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(shù)的影響,較難獲取長期有效并優(yōu)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(fā)的硅片加工生產線調度仿真模型(OOSM_fab),可以通過數(shù)據(jù)接口實時加載FabSys的實際在線生產數(shù)據(jù),并可模擬企業(yè)生產線的運行狀況。OOSM_fab中實現(xiàn)啟發(fā)式調度規(guī)則和企業(yè)的通用調度規(guī)則,通過這些調度規(guī)則確定硅片在設備上的優(yōu)先級,從而生成調度方案。

表2?1　FabSys生產線的基本參數(shù)

表2?2　FabSys中的加工區(qū)及縮寫