集束型半导体制造装备由若干单晶圆加工模块和物料搬运模块组成,广泛应用于集成电路制造的各个工艺步骤。高度自动化的集束型装备处于真空封闭的狭窄环境中,没有缓冲空间,其运行控制非常复杂,因此优化调度问题成为系统高效运行的关键,值得进行深入研究。本文主要工作有:　　 1.针对一类具有并行和重入模式的单集束型装备的调度问题,分别就加工模块、机械手、并行模块和重入模块的时序约束关系进行分析,构建了能够求解最优机械手活动序列和最小化生产周期的混合整数规划模型。仿真结果表明,模型可以对具有重入模式的集束型装备进行有效地调度。　　 2.针对单臂机械手的两集束型装备调度问题,考虑非零机械手搬运时间,采用分解方法将两集束型装备分解为两个单集束型装备,证明了分解后的单集束型装备的缓冲模块加工时间必定在一个允许的时间范围内；利用缓冲模块分解后产生的虚拟加工时间和虚拟装载室投料时间,建立了调度问题的线性规划模型；通过分析单臂机械手在缓冲模块上的时序关系,给出了机械手在缓冲模块上无碰撞的判断条件。在以上研究的基础上,提出了基于分解方法和线性规划模型的搜索算法。最后以化学机械抛光设备为例,验证了提出的算法的有效性。　　 3.针对多集束型装备调度的k晶圆周期序列问题,考虑调度问题具有双臂机械手、欧氏搬运时间和缓冲加工模块的特点,从理论上证明了k序列的平均周期下界,提出了一种构造k序列的策略,给出实现该策略的构造算法,并根据构造算法推导出平均周期的表达式。仿真和真实数据验证了该算法的有效性。　　 4.考虑有滞留时间约束的集束型装备调度模型和可调度性问题,建立了包括双臂机械手和加工模块时序约束关系的线性规划模型。在此模型基础上,分析了机械手和加工模块周期性加工和搬运晶圆过程,从理论上证明了集束型装备可调度性的充要条件,并提出通过减少同时加工晶圆数目和选择合适的加工时间的控制策略,使不可调度方案变的可调度。对模型和可调度性条件进行了仿真实验和工程软件实现,证明了提出的模型和控制策略有助于减少测试晶圆数目,从而提高晶圆生产效率。　　 5.针对临时晶圆到达时的应急调度问题,描述了调度问题域并建立了问题的数学模型,根据模型提出了两层调度方法。外层算法通过微粒群优化(ParticleSwarm Optimization)过程求解临时晶圆的加工顺序；内层算法在给定加工顺序的基础上,采用前向和后向递推方法获得可行解空间,并从可行解空间获得最优完工时间。本章从理论上证明了内层算法具有可行解的充要条件,及最后工位的加工开始时间允许区间集的第一区间的下界点为全局最优解,保证了算法的可行性。仿真结果表明该方法对求解大规模临时晶圆的调度问题是十分有效的。　　 6.在对集束型装备控制软件(Cluster Tool Controller,CTC)架构及SEMI(Semiconductor Equipment and Materials Institute)标准研究的基础上,提出了CTC实时调度系统框架模型,该模型分为监督控制层和模块管理层。监督控制层是高层抽象的调度控制逻辑,根据逻辑和功能分开的原则,提出了基于扩展有限状态机(Extended Finite State Machine)的调度控制逻辑模型,并且给出了该模型在正常情况和异常情况处理的控制流程;在模块管理层,给出了符合SEMI CTMC(Cluster Tool Module Communications)标准的具体作业分解。最后通过分析实时调度系统的测试和验证需求,利用了“虚拟控制”的思想,对实时调度系统框架模型进行了验证。