大规模半导体芯片制造中,晶圆尺寸越来越大而组合设备(cluster tools)能提供单片晶圆加工功能,组合设备作为高度自动化高效的集成制造系统在近二十多年得到广泛应用。它由一个传输模块(机械手)和若干个加工模块组成。生产效率更高的多组合设备(multi-cluster tool)代表了近几年组合设备发展的趋势。它由多个组合设备通过缓冲区级联形成线性或树形拓扑结构,是最复杂的制造系统之一。因为缓冲区模块互连造成组合设备之间耦合,某个组合设备的生产节拍时间波动可能会在其余组合设备中连锁传播,多个机械手难以同步协作。所以,多组合设备的调度给我们带来很大的挑战。考虑产业界普遍应用的多组合设备的配置和运行要求,本文研究加工主导型单臂机械手、缓冲区容量为1的多组合设备的调度,并考虑了机械手移动时间。对这种情况,已有研究表明,1-晶圆周期调度不能达理论上生产节拍的下界值,而且发现多组合设备调度中存在最优的k-晶圆调度,其最优k-晶圆调度有时亦不能达生产节拍的下界值。而且已有研究没有统一的模型能够分析其运行的三个阶段：初始暂态过程,稳态过程,和终止暂态过程。对这种配置的多组合设备,本文研究了其Petri网建模和最优1-晶圆周期调度问题,主要完成了如下工作。用面向资源的Petri网对多组合设备系统进行建模,特别对机械手在卸载晶圆之前的等待事件进行了分析。Petri网中引入颜色与受控机制解决了缓冲区的资源共享冲突,引入表示虚拟晶圆的特殊令牌,以统一的方式描述了多组合设备运行的初始暂态、稳态和终止暂态三个阶段。在此基础上,推导得出单台组合设备的生产节拍是模块加工时间、机械手移动／装载晶圆／卸载晶圆时间和机械手等待时间的函数,揭示了机械手等待时间如何影响组合设备的生产节拍时间。研究了线性结构多组合设备系统的调度。用Petri网模型给出了能获得1-晶圆周期调度的充分必要条件。在此条件下,找到了求解机械手在卸载晶圆之前的等待时间的算法,通过确定机械手等待时间从而确定了使系统能达生产节拍下界值的调度。对于不能达生产节拍下界的情况,证明了存在1-晶圆周期调度,研究发现上游组合设备的生产节拍时间增加时可能会影响到下游组合设备的缓冲区模块中晶圆驻留时间,上游组合设备中生产节拍的小量增加在某些条件下会引起离真空锁越远的组合设备中缓冲区中晶圆驻留时间变得越大,有累积效应,能用解析表达式计算该变化。在此规律基础上,为了满足1-晶圆可调度条件,提出了已知下界值情况下求生产节拍最小增量的方法调整机械手的等待时间的算法,从而确定了最优的1-晶圆调度。研究了树形结构的多组合设备系统的调度。通过把加工主导型树形多组合设备分解为线性结构多组合设备,把前者的调度分解转换为后者的调度,推导了1-晶圆周期调度的充分必要条件。提出了判断这种树形结构多组合设备能达生产节拍下界的算法,该算法能计算各机械手的等待时间而确定最优1-晶圆调度。总之,本文的工作研究了多组合设备的调度,发现了线性多组合设备调度能达生产节拍的下界值的条件,不能达下界时如何求解最优调度。提出了树形多组合设备能达下界的1-晶圆周期调度条件及算法。所求解的1-晶圆周期调度是产业界普遍倾向使用的简单可靠的调度方法,具有实际使用价值。提出了由解析表达式得出的高效算法求解最优调度,对半导体设备制造厂商更好地设计多组合设备的调度控制器以提高产能有重要的意义。本文获得了新的规律发现及新的方法,为将来研究多组合设备的调度提供了一种新的思路。