半导体生产车间的调度与仿真.docVIP

上海交通大学 硕士学位论文 半导体生产车间的调度与仿真 姓名：何晓昳 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：吴智铭摘 要 半导体生产车间的调度与仿真 摘 要 半导体是信息产业的物质基础。科学家在不断创新半导体晶圆制造 技术和工艺的同时，也渴望这些新技术可以更快更多地转化为产品，造 福人类的生产和生活。这就要求半导体晶圆的制造商们能够高效率地利 用有限的设备进行生产。 本文以半导体晶圆生产线为研究对象，重点研究半导体制造和其中 的光刻过程。光刻机是半导体生产中最昂贵的设备，调度不当会引起死 锁，不但降低了生产效率，晶圆还会因为长时间曝露在空气中而损坏。 本文使用有色 Petri 网对光刻机进行建模，用 CPN tools 软件对模型进行 仿真，得到调度方案和生产时间。我们采用通过控制环中芯片数量来预 防死锁的策略，事实证明可以完全预防死锁。 在对整条制造线的仿真中，我们使用了面向对象的建模方法。不同 于传统的基于排队论的模型，我们的模型可以详细得到每个时刻的整个 车间的所有状态，包括每一台机床和每一个工件。同样，我们对生产的 控制也可以随时根据车间的状态进行调整。因此，本文创新地对稳定期 之前的过渡期进行了控制，以比平稳期稍快的速度进行投料，实验证明 第 I 页摘 要 可以提高产量而不会影响周期时间。同时，我们还提出了比较不同调度 策略好坏的一些指标和方法。有了比较，我们就可以根据不同客户的不 同需求选择最适合他们的调度方法。在分析了一些经典的投料策略的优 缺点之后，我们取长补短地开发了一种新的投料策略，仿真证明此投料 策略可以得到我们期望的性能和结果。 关键字：晶圆制造，光刻，有色 Petri 网，CPN tools，死锁避免，面向对 象建模，生产调度 第 II 页ABSTRACT SCHEDULING AND SIMULATION OF A SEMICONDUCTOR WAFER FAB ABSTRACT Semiconductor is the material basis of the information industry. Scientists are making unceasing technical innovations of wafer manufacturing, and meanwhile, they hope these new technologies can bring mankind more products to their convenience in work and life, the sooner the better. This requires manufacturers of semiconductor wafers to produce highly efficiently with limited equipment. This thesis takes the semiconductor wafer production line as the research object and focuses on the wafer fabrication and the photolithography process of it. The photolithography equipment is the most expensive equipment in wafer fabrication, in which a deadlock may occur because of a wrong schedule. Deadlocks will not only decrease the efficiency of the production line but also damage the wafer due to long exposure to the air. This thesis builds a Colored Petri Net (CPN) model for the photolithography equipment and makes simulations using “CPN tools”, which is a software for 第 III 页ABSTRACT CPN simulations. Simulation results tell us the schedule and the makespan. We adopt a deadlock avoidance strategy through limiting the number of wafers in a loop, which