[发明专利]基于多蚁群优化的半导体生产线排程方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于多蚁群优化的用于半导体生产线排程方法。

背景技术

在采用流水线车间加工的生产系统中，一个传送系统沿着工作台运送WIP，在每个工作台处，完成WIP的一道不同工序。从理论上，WIP在从头到尾加工行进期间中访问各个工作台一次。半导体生产线与使用流水线车间加工的大多数生产系统不同。在半导体生产线中，WIP在加工行进过程中有可能数次访问同一个工作台，WIP要经历数次清洗、氧化、沉积、喷涂金属、蚀刻、离子注入及脱膜等工序，直到完成半导体产品。

图1给出一种简化的多产品半导体生产线SL1。在该模型中，利用三个工作台W1、W2、W3制造两种产品A、B。工作台W1有两台设备E11、E12，工作台W2有两台设备E21、E22，工作台W3有一台设备E33。按照设备的加工程序，每个设备前最多具有加工程序数目个缓冲区，在此半导体生产线模型中，每个设备的缓冲区最多有2个，分别为S111、S112、S121、S122、S211、S212、S221、S222、S331、S332。不同完成状态下的WIP被放在缓冲区中以供相应的设备加工。在该模型中，产品在加工过程中数次访问同一个工作台，例如，产品类型A在完成加工退出半导体生产线SL1之前，访问工作站W1、W2、W3各两次。典型地，一般的半导体生产线可利用上百台工作台或设备制造十余种甚至数百种产品，每种产品需要数百道加工工序。

从图1中可以看出，在半导体生产线运行期间的任何特定时刻，设备E11、E12、E21、E22、E33处的缓冲区可含有两种产品不同完成阶段下的各式各样的WIP。然而，各设备的资源是有限的，因此，各WIP必须竞争各设备的有限资源。

由于设备资源的有限特性及WIP之间对资源的竞争，缓冲区中的WIP为等待得到设备加工要消耗整个制造时间中的部分时间。这样，使用半导体生产线制造一类产品所需的时间明显地大于该给定类型的产品在各设备上的加工时间的总和。在工业条件下，WIP在制造过程中在缓冲区等待所消耗的时间可能超过该产品总制造时间的百分之八十。通常，把制造某产品所需的实际时间称为该产品的生产周期时间。与其相比，把完成该产品的每道工序的实际加工时间的总和称为理论生产周期时间。产品的生产周期时间与其理论生产周期时间的比率被称为产品的生产周期时间倍增因子，或称为实际对理论比率。

近来，半导体制造工业界普遍要求提高生产管理水平，以尽量降低产品生产周期。目前，一座12英寸技术的晶圆制造厂的成本约为数十亿美元。随着将来半导体器件尺寸的缩小以及为制造下一代半导体器件需要的新的复杂而昂贵的技术，该成本预计只会增加。为了回收建设这种工厂的成本，非常需要工厂以及时的方式达到高产量，从而确保建造该工厂的公司能够利用与他们现有的市场机会一样的市场机会（电子工业中机会的易失特性反映在电子产品的平均产品寿命约为六个月的这一事实上）。通过相对于理论生产周期时间缩短产品平均生产周期时间，可以提高产品产量、降低产品成本、减少对污染的暴露、减少用于维护工作的无利润资本、加快样品制造并缩短对市场力（例如需求增大/减小）的响应时间。生产周期时间方差上的减小可以获得能力的改善以满足产品发送的约定日期。最好同时达到平均生产周期时间和生产周期时间方差两方面的减少。

另外，随着半导体厂商的日益增加，市场竞争日益激烈。能否满足用户的按期交货要求也成为半导体厂商能否在市场上立足的重要因素。准时交货率的满足得到了人们前所未有的重视。

半导体工业界已做出几种尝试，以便减少半导体生产线的平均生产周期时间以及生产周期时间方差并提高准时交货能力。

在美国专利“半导体生产线推式调度方法（Push-type scheduling for semiconductor fabrication）”（申请号：6714830）中，Browning与Raymond提出了一种为在瓶颈加工设备前排队等待加工的WIP确定加工优先级的方法。首先，为每个WIP确定下一次回到该设备之前或完成所有加工的所需完成的加工工序在该瓶颈设备的下游加工设备上是否存在确定的加工轨迹。如果存在确定的加工轨迹，就让这些加工设备为该WIP预留加工时间，然后再将此WIP投入加工。这样可以避免瓶颈设备的下游设备中出现瓶颈。如果存在多个WIP具有确定的加工轨迹，按照排队或优先级的方法确定WIP投入生产线的次序。这种方法实现起来比较麻烦，并且在生产线上存在着大量的WIP，为每个WIP都确定其加工轨迹很费时，并且生产线是高度不确定的，设备故障非常频繁，所有这些都会打乱已有的计划。