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半导体产业是一个国家技术水平和综合国力的重要指标。基于高效率、高质量、低成本和高敏捷性的要求,半导体制造越来越多地使用集成化设备,自动组合装置(clustertool)是其中典型的一种。它把多组晶片加工模块和搬运模块有效地组织成为一体,有效地提高了生产率、充分利用了作业空间,同时也减少了污染和生产干预等问题。
据预测,在今后10年内中国将新建30条以上的芯片生产线。对于这些芯片生产线的建设,我国不仅在微电子设备、工艺等硬件技术方面准备不足,而且在其复杂制造系统的生产调度控制的理论与实践等软技术方面的准备也极为不足。这就为制造系统调度控制的研究提供了很大的发展空间。
作为当今最为复杂的制造系统之一,晶圆制造系统的优化与控制问题一直是学术界研究的热点。目前,国内外许多学者对此做了大量研究。国内的研究主要着眼于制造系统的建模、计划调度和控制方法方面,而较少涉及集成化设备的控制。国外对这一领域展开了广泛的研究,但却由于问题的复杂性,至今尚未获得有效的调度和控制算法。
晶圆制造极其复杂(如加工步骤繁多、多重入特征、晶片驻留时间约束等),很难用一个精确的解析模型来描述与分析。此外,自动组合装置投资巨大,运作成本高昂,因此仿真建模研究是解决此难题的重要方法。
本文以eM-Plant仿真软件为工具,建立了自动组合装置的参数化模型,通过人机交互的对话框引导仿真者输入合适的参数,可生成不同方案的仿真模型,为验证调度算法的可行性提供了有效的手段。同时,利用3D模块实现了制造过程的动画仿真,给研究者与工程师架起了沟通的桥梁。本文详细介绍了该虚拟自动组合装置的建模及实现过程,并通过实例验证了该仿真模型的有效性。