TWI841084B - 一種任務調度方法和半導體製程設備 - Google Patents
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Abstract
一種任務調度方法，該方法包括：獲取所有待啟動任務的任務數據；任務數據包括待啟動任務對應的所有工序對應的工序號、加工時長、加工位置以及加工位置停滯時長；將每個待啟動任務的任務數據均輸入至任務調度模型，以獲得任務調度模型輸出的每個待啟動任務的啟動時刻；任務調度模型以執行所有待啟動任務所需總時長最短為目標函數，任務調度模型的約束條件與任務數據相關聯；根據每個待啟動任務的啟動時刻，對待啟動任務進行任務調度。
Description
本發明涉及半導體技術領域，特別是涉及一種任務調度方法和半導體製程設備。
目前，隨著自動化技術的發展，可以在半導體設備啟動多個任務。基於現有技術方案，在設備中存在正在進行中的任務時，會在待啟動任務中選擇與正在進行中的任務能夠相容且等待時間最久的任務作為下一個啟動的任務。但是，這樣無法確定待啟動任務的準確時間，也無法對多個待啟動任務進行合理規劃。
由此，目前的任務調度方法無法實現任務調度的即時最優化，會造成資源浪費，進而導致設備產能低下。
本發明實施例所要解決的技術問題是設備產能低下。
為了解決上述問題，本發明實施例公開了一種任務調度方法，應用於半導體製程設備，半導體製程設備在同一批次製程進程中加工多個物料，每一個物料對應一個待啟動任務，待啟動任務均包括多道工序，任務調度方法包括：獲取所有待啟動任務的任務數據；任務數據包括待啟動任務對應的所有工序對應的工序號、加工時長、加工位置以及加工位置停滯時長，其中，工序號為工序編碼，加工時長為完成每道工序所需的時長，加工位置為進行每道工序時，物料在半導體製程設備中的位置，加工位置停滯時長為物料在完成每道工序後在對應加工位置的停滯時長；將每個待啟動任務的任務數據均輸入至任務調度模型，以獲得該任務調度模型輸出的每個待啟動任務的啟動時刻；任務調度模型以執行所有待啟動任務所需總時長最短為目標函數，任務調度模型的約束條件與任務數據相關聯；根據每個待啟動任務的啟動時刻，對待啟動任務進行任務調度。
本發明實施例公開了一種半導體製程設備，半導體製程設備在同一批次製程進程中加工多個物料，每一個物料對應一個待啟動任務，待啟動任務均包括多道工序，半導體製程設備包括：控制器，用於獲取所有待啟動任務的任務數據；任務數據包括待啟動任務對應的所有工序對應的工序號、加工時長、加工位置以及加工位置停滯時長，其中，工序號為工序編碼，加工時長為完成每道工序所需的時長，加工位置為進行每道工序時，物料在半導體製程設備中的位置，加工位置停滯時長為物料在完成每道工序後在對應加工位置的停滯時長；將每個待啟動任務的任務數據均輸入至任務調度模型，以獲得該任務調度模型輸出的每個待啟動任務的啟動時刻；任務調度模型以執行所有待啟動任務所需總時長最短為目標函數，任務調度模型的約束條件與任務數據相關聯；根據每個待啟動任務的啟動時刻，對待啟動任務進行任務調度。
根據本發明的實施例，通過獲取包括待啟動任務對應的所有工序對應的工序號、加工時長、加工位置以及加工位置停滯時長的任務數據；將任務數據登錄至以執行所有待啟動任務所需總時長最短為目標函數且約束條件與任務數據相關聯的任務調度模型，以獲得該任務調度模型輸出的每個待啟動任務的啟動時刻；這裡，以最小化總加工時長為目標對所有待啟動任務進行規劃，結合任務數據可以得到每一個待啟動任務的啟動時刻，可以高效有序的規劃任務的啟動，最後，根據啟動時刻，對待啟動任務進行任務調度，可以提升任務完成效率，進而提升設備產能。
以下揭露提供用於實施本揭露之不同構件之許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且非意欲限制。舉例而言，在以下描述中之一第一構件形成於一第二構件上方或上可包含其中該第一構件及該第二構件經形成為直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成在該第一構件與該第二構件之間，使得該第一構件及該第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各個實例中重複參考數字及/或字母。此重複出於簡化及清楚之目的且本身不指示所論述之各個實施例及/或組態之間的關係。
此外，為便於描述，諸如「下面」、「下方」、「下」、「上方」、「上」及類似者之空間相對術語可在本文中用於描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中圖解說明。空間相對術語意欲涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或按其他定向)且因此可同樣解釋本文中使用之空間相對描述詞。
儘管陳述本揭露之寬泛範疇之數值範圍及參數係近似值，然儘可能精確地報告特定實例中陳述之數值。然而，任何數值固有地含有必然由於見於各自測試量測中之標準偏差所致之某些誤差。再者，如本文中使用，術語「大約」通常意謂在一給定值或範圍之10%、5%、1%或0.5%內。替代地，術語「大約」意謂在由此項技術之一般技術者考量時處於平均值之一可接受標準誤差內。除在操作/工作實例中以外，或除非以其他方式明確指定，否則諸如針對本文中揭露之材料之數量、時間之持續時間、溫度、操作條件、數量之比率及其類似者之全部數值範圍、數量、值及百分比應被理解為在全部例項中由術語「大約」修飾。相應地，除非相反地指示，否則本揭露及隨附發明申請專利範圍中陳述之數值參數係可根據需要變化之近似值。至少，應至少鑑於所報告有效數位之數目且藉由應用普通捨入技術解釋各數值參數。範圍可在本文中表達為從一個端點至另一端點或在兩個端點之間。本文中揭露之全部範圍包含端點，除非另有指定。
首先，結合圖1對發明中涉及到的半導體製程設備進行簡要說明。
本發明中涉及到的半導體製程設備可以劃分為存放（Station）模塊、加工模塊（Tank）、片盒機械手（FoupRobot，簡稱FR）、一個晶圓抓取機械手（Wafer Handling Robot，WHR）2、一個晶圓傳輸機械手（Wafer Transferring Robot，WTR）1、4個雙起重機械手（DualLifter Robot）。具體機台結構圖如圖1所示。
其中，半導體製程設備可以包括多個Station模塊：半導體製程設備可以包括18個Station模塊，集合表示為ST={shelf1，shelf2，shelf3，shelf4，shelf5，shelf6，shelf7，shelf8，shelf9，shelf10，shelf11，shelf12，shelf13，shelf14，shelf15，shelf16，PDO1，PDO2}。晶圓架（Shelf）用於臨時存放片盒（Foup），一個Foup中可以存放一組Wafer（晶圓或者晶片）。每一個Shelf上最多可以放置一個Foup，Shelf上有感測器可以檢測Foup的個數（0或1）。半導體製程設備中共有16個Shelf，至多可以存放16個Foup。
兩個掃描模塊（PDO，包括裝載腔室（load lock，LL）41、42）：PDO是實現開關Foup門並進行檢測（Mapping）功能的模塊。當物料進機台被放置在PDO上時，PDO執行開門操作對Foup中的晶圓做Mapping校驗，避免物料殘留，和晶圓放置異常。另外，半導體製程設備還可以包括下腔室51、52（Lower Plenum，LP），用於晶圓的裝卸載。
存儲單元（Stocker），一個Stocker可以包括16個shelf：Stocker是用於臨時放置Foup的緩存區，Stocker上最多可以放置16個Foup，Stocker上放置前開式晶圓傳送盒(Front Opening Unified Pod，FOUP)的部件稱為架子（shelf），每個shelf上有一個感測器可以檢測當前是否有Foup存在。該部件主要是用來支援多工同時運行的功能。
其中，前開式晶圓傳送盒(Front Opening Unified Pod，FOUP)。這是半導體制程中被使用來保護、運送、並儲存晶圓的一種容器，而其主要的組成元件為一個能容納晶圓的前開式容器並有一個前開式的門框專司容器的開閉，是一種自動化傳送系統重要的傳載容器。
半導體製程設備包括依次設置的多個加工模塊（Tank），如12個加工模塊（Tank），加工模塊（Tank）就半導體製程設備來說可以稱之為製程槽。表示為集合TK = {Tank1（T1），Tank2（T2），Tank3（T3），Tank4（T4），Tank5（T5），Tank6（T6），Tank7（T7），Tank8（T8），Dry，WTC，IOBuffer，EEWD}。
其中，Dry為乾燥製程單元，用於對物料執行drying製程操作，確保製程任務（即job）完成後的物料是乾燥的。
校驗模塊（IOBuffer）6用於對物料執行Align校準操作。
暫存模塊（WTC）3用於將同一任務的物料合併放置在一個加工模塊（Tank）中以同時進行製程操作。
EEWD，用於對抓取不同酸槽中物料的機械手執行洗手操作，降低機械手對不同酸製程單元中酸的污染。
12個加工模塊（Tank）：包含WTC、IOBuffer（在IOBuffer中需要做Align校準）、EEWD（洗手槽）及用於進行相應的製程操作的加工模塊（Tank）。示例性地，Tank1、Tank3、Tank5、Tank7分別是酸製程槽，Tank2、Tank4、Tank6、Tank8則是水槽，Dry為乾燥製程槽。Tank1與Tank2，Tank3與Tank4、Tank5與Tank6、Tank7與Tank8之間均有各自的Dual手，存在Dual手的Tank之間wafer的傳輸可通過Dual手傳輸，其餘Tank中wafer的傳輸均通過WTR傳送，最後通過乾燥槽乾燥後傳出機台。
半導體製程設備可以包括一個FoupRobot機械手、一個WHR機械手2、一個WTR機械手1、多個DualLifter機械手7。
Foup機械手：下文中簡稱為FR手，負責對Foup的傳送。Foup機械手可以在Shelf與PDO之間進行雙向移動，一次抓取一個Foup。任務中主要實現：啟動任務後，根據晶圓的製程路徑將Foup從Stocker傳送至PDO1或PDO2，任務結束後，將Foup傳送至緩衝區Stocker。該機械手僅僅在PDO1、PDO2、Stocker區域內活動。
晶圓抓取機械手（Wafer Handling Robot，WHR）2為負責乾燥的物料的傳送的機械手，WHR可以在PDO與WTC之間進行雙向移動，WHR一次可以抓取一組wafer。負責將PDO上的Foup中的晶圓抓取到WTC中。該機械手僅僅在WTC與PDO區域之間活動。
晶圓傳輸機械手（Wafer Transferring Robot，WTR）1：負責不使用雙槽機械手（Duallifter）的Tank之間的潮濕物料的傳送，WTR可以在不使用雙槽機械手（Duallifter）的兩個加工模塊（Tank）之間進行雙向移動。負責晶圓的傳送，主要負責在Tank和Tank之間傳送晶圓。該機械手的僅僅在加工模塊（Tank）區域活動。
雙起重機械手（DualLifter Robot）7：下文簡稱Dual手，負責潮濕物料的傳送的機械手，Dual手可以在與其對應的固定的兩個Tank之間進行雙向移動。
上述設備的4個Dual手分別存在Tank1與Tank2之間，只負責Tank1與Tank2之間物料的傳輸、Tank3與Tank4之間、只負責Tank3與Tank4之間物料的傳輸、Tank5與Tank6之間的Dual只負責Tank5與Tank6之間物料的傳輸、Tank7與Tank8之間的Dual只負責Tank7與Tank8之間物料的傳輸。
本發明實施例涉及的半導體製程設備在同一批次製程進程中加工多個物料，每一個物料對應一個待啟動任務。比如，物料可以為晶圓，一個待啟動任務用於加工一個晶圓，待啟動任務在加工晶圓的過程中均包括多道工序。
示例性地，待啟動任務的多道工序具體可以如下：
Shelf–PDO1/PDO2–WTC–IOBuffer–Tank3-Tank4-WTR–Tank5-Tank6-WTR–Tank1-Tank2-WTR–Tank7-Tank8-WTR–Dry-WTR–WTC–PDO1/PDO2–Shelf。
任務包括的多道具體工序流程，具體可以參照圖2所示的流程圖：
步驟S1、FR手將Foup從Shelf傳送至PDO做掃描（Mapping），並打開Foup門。
步驟S2、WHR手將PDO上Foup中的晶圓傳送至WTC中。其中，待啟動任務可以指定PDO1和PDO2中的單個PDO進行掃描。
步驟S3、FR手將PDO上的空Foup放回Stocker對應的Shelf上。
步驟S4、WTR手將WTC中晶圓放置到IOBuffer中進行校驗操作。
步驟S5、所有晶圓在機台內按照工廠端的Recipe完成製程。
步驟S6、完成製程後送去乾燥槽乾燥。
步驟S7、最後通過乾燥槽乾燥後傳出機台。
步驟S8、FR手將Shelf上的空Foup傳送至PDO。
步驟S9、製程結束後，WHR將WTC上的晶圓移至PDO上的Foup內。
步驟S10、FR手將PDO上的Foup放回Stocker對應的Shelf上。
本發明實施例提供的任務調度方法至少可以應用于下述應用場景中，下面進行說明。
目前，半導體製程設備在同一批次的製程進程中需要加工多個物料，每一個物料對應一個待啟動任務。待啟動任務在加工物料的過程中又都包括多道工序。由於已經啟動任務的工序是在不斷被完成的，所以可能出現已啟動任務和待啟動任務在第一時刻是不相容的，但隨著已啟動任務的工序進度的更新，在第一時刻之後的第二時刻，已啟動任務和待啟動任務是可以相容的。
基於現有技術方案，通常在等待啟動的任務列表中挑選與已經啟動的任務能夠相容且等待時間最久的任務，進行啟動。基於此，一方面，隨著已啟動任務的進行，已啟動任務的工序進度是在即時更新的，但是判斷相容的過程沒有更新，這會造成相容判斷不準確，進而導致原本可以啟動的任務無法啟動；另一方面，無法對待啟動任務進行規劃，也就無法得到待啟動任務的準確的啟動時刻。
因此，基於現有技術方案，無法實現任務調度的即時最優化，會造成資源浪費，進而導致設備產能低下。
基於上述應用場景，下面對本發明實施例提供的任務調度方法進行詳細說明。
圖3為本發明實施例提供的一種任務調度方法的流程圖。
如圖3所示，該任務調度方法可以包括步驟310-步驟330，半導體製程設備在同一批次製程進程中加工多個物料，每一個物料對應一個待啟動任務，待啟動任務均包括多道工序，具體如下所示：
步驟310，獲取所有待啟動任務的任務數據；任務數據包括待啟動任務對應的所有工序對應的工序號、加工時長、加工位置以及加工位置停滯時長，其中，工序號為工序編碼，加工時長為完成每道工序所需的時長，加工位置為進行每道工序時，物料在半導體製程設備中的位置，加工位置停滯時長為物料在完成每道工序後在對應加工位置的停滯時長。
步驟320，將每個待啟動任務的任務數據均輸入至任務調度模型，以獲得任務調度模型輸出的每個待啟動任務的啟動時刻；任務調度模型以執行所有待啟動任務所需總時長最短為目標函數，任務調度模型的約束條件與任務數據相關聯。
步驟330，根據每個待啟動任務的啟動時刻，對待啟動任務進行任務調度。
本發明提供的任務調度方法中，通過獲取包括待啟動任務對應的所有工序對應的工序號、加工時長、加工位置以及加工位置停滯時長的任務數據；將任務數據登錄至以執行所有待啟動任務所需總時長最短為目標函數且約束條件與任務數據相關聯的任務調度模型，以獲得該任務調度模型輸出的每個待啟動任務的啟動時刻；這裡，以最小化總加工時長為目標對所有待啟動任務進行規劃，結合任務數據可以得到每一個待啟動任務的啟動時刻，可以高效有序的規劃任務的啟動，最後，根據啟動時刻，對待啟動任務進行任務調度，可以提升任務完成效率，進而提升設備產能。
下面，對步驟310-步驟330的內容分別進行描述：
涉及步驟310。
獲取所有待啟動任務的任務數據；任務數據包括待啟動任務對應的所有工序對應的工序號、加工時長、加工位置以及加工位置停滯時長。
其中，工序號為工序編碼，如：1、2、3……，或者a、b、c……；加工時長為完成每道工序所需的時長，不同工序對應的加工時長不同；其中，各個加工位置的加工時長是預設值。如PDO的加工時長是從開Foup門開始，完成掃描過程，到關閉Foup門為止所經過的預設時長d，晶圓架的加工時長為0，WTC的加工時長為0。
加工位置為進行每道工序時，物料在半導體製程設備中的位置；各個加工位置的停滯時長是預設值。
加工位置停滯時長為物料在完成每道工序後在對應加工位置的停滯時長。
以掃描模塊為例，說明上述涉及到的任務數據。對於任務數據“2，5秒，PDO，10秒”，說明：工序號為2號的工序，加工時長為5秒，加工位置在掃描模塊（PDO），加工位置停滯時長為10秒。
一種可能的實施例中，為了更準確地構建任務調度模型，可以對半導體製程設備進行分析，明確該設備中可能出現的工序和流程，步驟310之前，方法還包括：分析半導體製程設備，得到設備信息；設備信息至少包括：半導體製程設備的硬體信息，由半導體設備加工的物料，以及待啟動任務包括的多道工序；設備信息用於構建任務調度模型。
半導體製程設備的硬體信息，硬體信息可以一定程度的確定工序的設置情況；由半導體設備加工的物料，不同物料的加工工序不同，因此需要明確半導體設備加工的物料；待啟動任務包括的多道工序，每個待啟動任務包括的多道工序可能各不相同，為了準確調度，所以需要明確待啟動任務包括的多道工序。
由此，通過分析半導體製程設備，得到設備信息，然後再根據設備信息以及待啟動任務的工序，構建目標函數以及構建約束條件集合，可以更準確構建任務調度模型。
具體地，半導體製程設備可以為清洗機設備，物料為晶圓，加工位置包括晶圓架、掃描模塊、暫存模塊、校驗模塊、加工模塊以及晶圓傳輸機械手。
晶圓架（Shelf）、掃描模塊（PDO）、暫存模塊（WTC）、校驗模塊（IOBuffer）、加工模塊（Tank）以及晶圓傳輸機械手（WTR）。
這裡，本實施例中，建模過程將運輸（移動）資源進行了規劃，也即將屬於運輸（移動）資源的機械手，加入到了物料（晶圓）工序路徑中。通過將機械手加入到物料的工序路徑中，能夠更加準確地建立任務調度模型。
涉及步驟320。
步驟320，將任務數據登錄至任務調度模型，輸出每個待啟動任務的啟動時刻；任務調度模型以執行所有待啟動任務所需總時長最短為目標函數，任務調度模型的約束條件與任務數據相關聯。
在一種可能的實施例中，在步驟320之前，還可以包括以下步驟：構建目標函數，目標函數包括：與執行所有待啟動任務所需時長相關的最小化函數；構建約束條件集合，約束條件集合包括與所有待啟動任務的任務數據相關的約束條件；根據目標函數和約束條件集合構建任務調度模型。
具體地，上述涉及到的目標函數具體可以如下所示：
（1）
其中，h是物料序號，O={O
1，O
2，…，O
n}：各物料的工序集合；O
h是物料h的工序數量；LT
hi是物料h的第i道工序的結束時刻； 表示在最晚一個完成的物料完成所有工序的結束時刻，min是最小值計算，即用於求解完成所有物料的所有工序的最早結束時刻，因此上述公式（1）用於表示所有待啟動任務所需時長相關的最小化函數。
其中，上述涉及到的根據目標函數和約束條件集合構建任務調度模型，具體可以包括以下步驟：
基於混合整數規劃對目標函數和約束條件集合進行數學建模，得到任務調度模型。
混合整數規劃（mixed integer programming，MIP）指部分決策變數限制為整數的整數規劃問題。
數學建模的過程具體包括：構建變數，即任務數據，基於變數生成約束條件和目標函數。然後通過求解器對構建的道德任務調度模型進行求解，最後輸出的變數結果就是得到滿足約束條件的變數最優解。
其中，約束條件包括：物料的每道工序的開始時刻（即，該時刻對應的數值）、加工時長以及加工位置停滯時長之和，等於物料的每道工序的結束時刻（即，該時刻對應的數值）；物料的第i道工序的結束時刻（即，該時刻對應的數值）與物料的第i道工序的加工位置停滯時長之差，等於物料的第i+1道工序的開始時刻（即，該時刻對應的數值）；對於同一個目標加工位置，僅可實現一個物料在對應目標加工位置上加工；若物料的第i道工序先於另一個物料的第j道工序在目標加工位置上加工，則物料的第i道工序的結束時刻與物料的第i道工序的加工位置停滯時長之差，小於或等於另一個物料的第j道工序的開始時刻；其中，i，j為工序號，且均為正整數；開始時刻、加工時長，加工位置停滯時長以及結束時刻均大於或等於零。
下面分別對上述約束條件分別進行解釋說明：
首先，為了準確計算每道工序的結束時刻，在通常的開始時刻與加工時長之和等於結束時刻的關係中，加入了停滯時長。這是因為要考慮機械手的約束，由於在製程區只有一個機械手，當物料A在一個Tank中加工完成被機械手取走後，此時機械手正在運輸物料A，這個Tank並不能馬上再放入下一個物料B，因此，這個Tank的實際釋放時間並不是它完成加工被取走的時間，而是當物料A被運輸到其下一個加工位置時的時間。
以工序“Shelf–PDO1/PDO2–WTC–IOBuffer–Tank3-Tank4-WTR–Tank5-Tank6-WTR–Tank1-Tank2-WTR–Tank7-Tank8-WTR–Dry-WTR–WTC–PDO1/PDO2–Shelf”為例，當物料A在Tank4中加工完成被WTR機械手取走後，此時機械手正在運輸物料A，這個Tank4並不能馬上再放入下一個物料B。
也就是說，從工序的開始時刻開始，在經過了加工時長，以及經過了物料在完成工序後在對應加工位置的停滯時長之後，該加工位置的工序可以真正的結束。
因此，第一約束條件：物料的每道工序的開始時刻、加工時長以及加工位置停滯時長之和，等於物料的每道工序的結束時刻。由此，可以準確計算每道工序的結束時刻。第一約束條件具體可以如下所示：
（2）
ET
hi：物料h的第i道工序的開始時刻；d
hi：物料h的第i道工序的加工時長；stop
hi：物料h的第i道工序加工完成後加工位置的停滯時長；LT
hi：物料h的第i道工序的結束時刻。
：物料集合；上述公式表示物料h的第i道工序的開始時刻+加工時長+物料h的第i道工序加工完成後加工位置的停滯時長等於物料h的第i道工序的結束時刻。
其次，實際上物料的第i道工序在開始時刻起，經過物料的第i道工序的加工時長之後就完成了，此時物料是可以進入物料的第i+1道工序的狀態，即物料的第i道工序的實際完成時刻等於物料的第i道工序的開始時刻與物料的第i道工序的加工時長之和，即物料的第i道工序的實際完成時刻等於物料的第i道工序的結束時刻與物料的第i道工序的加工位置停滯時長之差。
由於第i道工序的結束時刻等於物料的第i道工序的開始時刻、物料的第i道工序的加工時長以及物料的第i道工序的加工位置停滯時長之和。所以物料的第i+1道工序的開始時刻需要在物料的第i道工序的結束時刻減去物料的第i道工序的加工位置停滯時長得到。
因此，第二約束條件：物料的第i道工序的結束時刻與物料的第i道工序的加工位置停滯時長之差，等於物料的第i+1道工序的開始時刻。
第二約束條件具體可以如下所示：
（3）
ET
hi+1：物料h的第i+1道工序的開始時刻；stop
hi：物料h的第i道工序加工完成後加工位置的停滯時長；LT
hi：物料h的第i道工序的結束時刻。
：物料集合；上述公式表示物料的第i道工序的結束時刻與物料的第i道工序的加工位置停滯時長之差，等於物料的第i+1道工序的開始時刻。
以工序“Shelf–PDO1/PDO2–WTC–IOBuffer–Tank3-Tank4-WTR–Tank5-Tank6-WTR–Tank1-Tank2-WTR–Tank7-Tank8-WTR–Dry-WTR–WTC–PDO1/PDO2–Shelf”為例，物料的在Tank7加工的工序的結束時刻與物料的在Tank7加工的工序的加工位置停滯時長之差，等於物料的在Tank8加工的工序的開始時刻。
接著，為了保證各道工序之間是不互相衝突的，需要限制在一個加工位置上，兩個物料工序的先後順序只能有一種情況，即對於目標加工位置k，要麼物料h的工序先於物料l的工序，要麼物料l的工序先於物料h的工序。
因此，第三約束條件：對於同一個目標加工位置，僅可實現一個物料在對應目標加工位置上加工。
第三約束條件具體可以如下所示：
（4）
其中，
：物料集合；
：物料加工位置集合；
x
khilj表示物料h的第i道工序先於物料l的第j道工序在加工位置k上加工；
x
kljhi物料l的第j道工序先於物料h的第i道工序在加工位置k上加工，由於兩者之和為1，所以兩者之間一個為0，一個為1，因此可知對於同一個目標加工位置，僅可實現一個物料在對應目標加工位置上加工。
接著，為了保證各個待啟動任務之間是不互相衝突的，需要限制物料的後一道工序的開始時刻不能先於與之相鄰的該物料的前一道工序的實際完成時刻。因此，若物料的第i道工序先於另一個物料的第j道工序在目標加工位置上加工，則物料的第i道工序的實際完成時刻小於或等於另一個物料的第j道工序的開始時刻。由於前述說明過物料的第i道工序的實際完成時刻等於物料的第i道工序的結束時刻與物料的第i道工序的加工位置停滯時長之差。因此，可以得到：
第四約束條件：若物料的第i道工序先於另一個物料的第j道工序在目標加工位置上加工，則物料的第i道工序的結束時刻與物料的第i道工序的加工位置停滯時長之差，小於或等於另一個物料的第j道工序的開始時刻。第四約束條件，具體可以如下所示：
（5）
：物料集合；
M：很大的正數，用於實現模型線性化，示例性地，可以為完成預設數量的物料加工的總時長，預設數量遠大於實際需要加工的物料數量。
若物料h的第i道工序先於物料l的第j道工序在加工位置k上加工，則x
khilj為1，那麼第四約束條件的不等式右側為 ；因此，上述不等式表示如果物料h的第i道工序先於物料l的第j道工序在加工位置k上加工，則物料h的第i道工序的結束時刻與物料h的第i道工序加工完成後加工位置的停滯時長之差小於或等於物料l的第j道工序的開始時刻。
若物料h的第i道工序不先於物料l的第j道工序在加工位置k上加工，則x
khilj為0，那麼第四約束條件的不等式右側為很大的正數，不等式關係自然成立。
最後，工序號應為正整數，開始時刻、加工時長，加工位置停滯時長以及結束時刻應該是大於或等於零的。
因此，第五約束條件：其中，i，j為工序號，且均為正整數；開始時刻、加工時長，加工位置停滯時長以及結束時刻均大於或等於零。
第五約束條件，具體可以如下所示：
（6）
上述公式，表示變數取值約束，i，j、開始時刻、加工時長，停滯時長，以及結束時刻為正整數。
另外，考慮到晶圓傳輸機械手在實際的製程過程中的運行情況，需要對晶圓傳輸機械手之前的工序位置的停滯時長進行約束，由於在製程區只有一個晶圓傳輸機械手，當物料A在一個Tank中加工完成被晶圓傳輸手取走後，此時晶圓傳輸機械手正在運輸物料A，這個Tank並不能馬上再放入下一個物料B，因此，這個Tank的實際釋放時間並不是它完成加工被取走的時間，而是當物料A被運輸到其下一個加工位置時的時間。
因此上述涉及到的約束條件還可以包括： 第六約束條件，若物料的第i+1道工序的加工位置為晶圓傳輸機械手，則物料的第i道工序的加工位置停滯時長為晶圓傳輸機械手的運行時長；否則物料的第i道工序的加工位置停滯時長為0。
如果物料的第i+1道工序位置為晶圓傳輸機械手，那麼物料的第i道工序加工完成後加工位置的停滯時長為機械手的運行時長，否則停滯時長為0。
以工序流程“Shelf–PDO1/PDO2–WTC–IOBuffer–Tank3-Tank4-WTR–Tank5-Tank6-WTR–Tank1-Tank2-WTR–Tank7-Tank8-WTR–Dry-WTR–WTC–PDO1/PDO2–Shelf”為例，如果物料的第i+1道工序位置為晶圓傳輸機械手，那麼物料的第i道工序加工完成後加工位置，即Tank4，Tank6，Tank2，Tank8的停滯時長為機械手的運行時長，否則停滯時長為0。
由此，通過控制停滯時長的值，來描述物料的第i道工序所在的加工位置實際被釋放的時長，能夠準確地限制的加工位置實際被釋放的時長。
第六約束條件，具體可以如下所示：
else 0 （7）
d
hi：物料h的第i道工序的加工時長；
stop
hi：物料h的第i道工序加工完成後加工位置的停滯時長。
上述公式表示如果物料h的第i+1道工序位置為WTR機械手，那麼物料h的第i道工序加工完成後加工位置的停滯時長為機械手的運行時長，否則停滯時長為0。
在一種可能的實施例中，步驟320中，具體可以包括以下步驟：
對任務調度模型進行計算，得到每個待啟動任務的啟動時刻以及執行所有待啟動任務所需的最小總時長。
示例性地，機台中正在運行的任務為任務1，任務1包括多道工序，而此時有一個任務2也包括多道工序，任務1的工序和任務2的工序是部分重合的，因此，任務1與任務2不相容，經過上述任務調度模型的求解結果模型得到變數EThi的結果，就可以獲得任務2的第1道工序的開始時間，也就是任務2的啟動時刻。
由此，通過對任務調度模型進行計算，可以得到每個待啟動任務的啟動時刻，即便正在機台中的任務與待進入機台的任務製程路徑存在衝突，仍然可以給出一個具體的啟動時刻，並且該啟動時刻不會帶來鎖死問題，因為任務調度模型可以得到每一個任務在設備的移動情況，基於此給出的任務啟動時刻必然不會使任務發生鎖死。所謂鎖死，是指多個進程在運行過程中因爭奪資源而造成的一種僵局，當進程處於這種僵持狀態時，若無外力作用，它們都將無法再向前推進。根據本發明實施例，不會帶來上述鎖死問題。
涉及步驟330。
步驟330，根據每個待啟動任務的啟動時刻，對待啟動任務進行任務調度。
經過本發明實施例中任務調度模型的求解結果模型得到每個待啟動任務的啟動時刻，可以確定待啟動任務的第一道工序的開始時刻，也就是待啟動任務的啟動時刻。
本發明實施例，以最小化最大物料加工時長為目標的混合整數規劃模型高效解決了尋找任務啟動時機的問題，以產能最高為目標對所有待啟動任務進行規劃，模型中的變數EThi表示的是物料h的第i道工序的開始時刻，那麼對於每一個物料的第0道工序的開始時間，就是它的啟動時刻。其中，變數EThi是通過求解模型後輸出的結果之一。而且可以避免任務啟動而帶來的鎖死問題，還可以極大提升生產效率。
綜上，在本發明實施例中，通過獲取包括待啟動任務對應的所有工序對應的工序號、加工時長、加工位置以及加工位置停滯時長的任務數據；將任務數據登錄至以執行所有待啟動任務所需總時長最短為目標函數且約束條件與任務數據相關聯的任務調度模型，輸出每個待啟動任務的啟動時刻；這裡，以最小化總加工時長為目標對所有待啟動任務進行規劃，結合任務數據可以得到每一個待啟動任務的啟動時刻，可以高效有序的規劃任務的啟動，最後，根據啟動時刻，對待啟動任務進行任務調度，可以提升任務完成效率，進而提升設備產能。
需要說明的是，對於方法實施例，為了簡單描述，故將其都表述為一系列的動作組合，但是本領域技術人員應該知悉，本發明實施例並不受所描述的動作順序的限制，因為依據本發明實施例，某些步驟可以採用其他順序或者同時進行。其次，本領域技術人員也應該知悉，說明書中所描述的實施例均屬於優選實施例，所涉及的動作並不一定是本發明實施例所必須的。
參照圖4，示出了本發明實施例的一種半導體製程設備的結構框圖，該半導體製程設備在同一批次製程進程中加工多個物料，每一個物料對應一個待啟動任務，待啟動任務均包括多道工序，該半導體製程設備410，包括，控制器411，用於獲取所有待啟動任務的任務數據；任務數據包括待啟動任務對應的所有工序對應的工序號、加工時長、加工位置以及加工位置停滯時長，其中，工序號為工序編碼，加工時長為完成每道工序所需的時長，加工位置為進行每道工序時，物料在半導體製程設備中的位置，加工位置停滯時長為物料在完成每道工序後在對應加工位置的停滯時長；將每個待啟動任務的任務數據均輸入至任務調度模型，以獲得該任務調度模型輸出的每個待啟動任務的啟動時刻；任務調度模型以執行所有待啟動任務所需總時長最短為目標函數，任務調度模型的約束條件與任務數據相關聯；根據每個待啟動任務的啟動時刻，對待啟動任務進行任務調度。
在本發明一個可選的實施例中，控制器411，還用於：構建目標函數，目標函數包括：與執行所有待啟動任務所需時長相關的最小化函數；構建約束條件集合，約束條件集合包括與所有待啟動任務的任務數據相關的約束條件；根據目標函數和約束條件集合構建任務調度模型。
在本發明一個可選的實施例中，約束條件包括：物料的每道工序的開始時刻、加工時長以及加工位置停滯時長之和，等於物料的每道工序的結束時刻；物料的第i道工序的結束時刻與物料的第i道工序的加工位置停滯時長之差，等於物料的第i+1道工序的開始時刻；對於同一個目標加工位置，僅可實現一個物料在對應目標加工位置上加工；若物料的第i道工序先於另一個物料的第j道工序在目標加工位置上加工，則物料的第i道工序的結束時刻與物料的第i道工序的加工位置停滯時長之差，小於或等於另一個物料的第j道工序的開始時刻；其中，i，j為工序號，且均為正整數；開始時刻、加工時長，加工位置停滯時長以及結束時刻均大於或等於零。
在本發明一個可選的實施例中，半導體製程設備為清洗機設備，物料為晶圓，加工位置包括晶圓架、掃描模塊、暫存模塊、校驗模塊、加工模塊以及晶圓傳輸機械手。
在本發明一個可選的實施例中，約束條件還包括：若物料的第i+1道工序的加工位置為晶圓傳輸機械手，則物料的第i道工序的加工位置停滯時長為晶圓傳輸機械手的運行時長；否則物料的第i道工序的加工位置停滯時長為0。
在本發明一個可選的實施例中，控制器411，具體用於：將任務數據登錄至任務調度模型，以獲得經任務調度模型計算得到的每個待啟動任務的啟動時刻以及執行所有待啟動任務所需的最小總時長。
在本發明一個可選的實施例中，控制器411，還用於：分析半導體製程設備，得到設備信息；設備信息至少包括：半導體製程設備的硬體信息，由半導體設備加工的物料，以及待啟動任務包括的多道工序；設備信息用於構建任務調度模型。
在本發明一個可選的實施例中，控制器411，具體用於：基於混合整數規劃對目標函數和約束條件集合進行數學建模，得到任務調度模型。
在本發明一個可選的實施例中，半導體製程設備410還包括：求解器，用於基於任務調度模型進行計算，得到每個待啟動任務的啟動時刻以及執行所有待啟動任務所需的最小總時長。
綜上，在本發明實施例中，通過獲取包括待啟動任務對應的所有工序對應的工序號、加工時長、加工位置以及加工位置停滯時長的任務數據；將任務數據登錄至以執行所有待啟動任務所需總時長最短為目標函數且約束條件與任務數據相關聯的任務調度模型，以獲得該任務調度模型輸出的每個待啟動任務的啟動時刻；這裡，以最小化總加工時長為目標對所有待啟動任務進行規劃，結合任務數據可以得到每一個待啟動任務的啟動時刻，可以高效有序的規劃任務的啟動，最後，根據啟動時刻，對待啟動任務進行任務調度，可以提升任務完成效率，進而提升設備產能。
對於裝置實施例而言，由於其與方法實施例基本相似，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。
本發明實施例還提供了一種電子設備，包括：處理器、記憶體及存儲在該記憶體上並能夠在該處理器上運行的電腦程式，該電腦程式被該處理器執行時實現上述一種任務調度方法實施例的各個過程，且能達到相同的技術效果，為避免重複，這裡不再贅述。
本發明實施例還提供了一種電腦可讀存儲介質，電腦可讀存儲介質上存儲電腦程式，該電腦程式被處理器執行時實現上述一種任務調度方法實施例的各個過程，且能達到相同的技術效果，為避免重複，這裡不再贅述。
對於裝置實施例而言，由於其與方法實施例基本相似，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。
本發明實施例還提供了一種電子設備，包括：處理器、記憶體及存儲在該記憶體上並能夠在該處理器上運行的電腦程式，該電腦程式被該處理器執行時實現上述一種任務調度方法實施例的各個過程，且能達到相同的技術效果，為避免重複，這裡不再贅述。
本發明實施例還提供了一種電腦可讀存儲介質，電腦可讀存儲介質上存儲電腦程式，該電腦程式被處理器執行時實現上述一種任務調度方法實施例的各個過程，且能達到相同的技術效果，為避免重複，這裡不再贅述。
對於裝置實施例而言，由於其與方法實施例基本相似，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。
本說明書中的各個實施例均採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。
本領域內的技術人員應明白，本發明實施例的實施例可提供為方法、裝置、或電腦程式產品。因此，本發明實施例可採用完全硬體實施例、完全軟體實施例、或結合軟體和硬體方面的實施例的形式。而且，本發明實施例可採用在一個或多個其中包含有電腦可用程式碼的電腦可用存儲介質(包括但不限於磁碟記憶體、CD-ROM、光學記憶體等)上實施的電腦程式產品的形式。
本發明實施例是參照根據本發明實施例的方法、終端設備(系統)、和電腦程式產品的流程圖和／或方框圖來描述的。應理解可由電腦程式指令實現流程圖和／或方框圖中的每一流程和／或方框、以及流程圖和／或方框圖中的流程和／或方框的結合。可提供這些電腦程式指令到通用電腦、專用電腦、嵌入式處理機或其他可編程數據處理終端設備的處理器以產生一個機器，使得通過電腦或其他可編程數據處理終端設備的處理器執行的指令產生用於實現在流程圖一個流程或多個流程和／或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
這些電腦程式指令也可存儲在能引導電腦或其他可編程數據處理終端設備以特定方式工作的電腦可讀記憶體中，使得存儲在該電腦可讀記憶體中的指令產生包括指令裝置的製造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和／或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
這些電腦程式指令也可裝載到電腦或其他可編程數據處理終端設備上，使得在電腦或其他可程式設計終端設備上執行一系列操作步驟以產生電腦實現的處理，從而在電腦或其他可程式設計終端設備上執行的指令提供用於實現在流程圖一個流程或多個流程和／或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
儘管已描述了本發明實施例的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例做出另外的變更和修改。所以，所附請求項意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明實施例範圍的所有變更和修改。
最後，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者終端設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者終端設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，並不排除在包括該要素的過程、方法、物品或者終端設備中還存在另外的相同要素。
以上對本發明所提供的一種任務調度方法和一種半導體製程設備，進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
前述內容概括數項實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更佳地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其等可容易地使用本揭露作為用於設計或修改用於實行本文仲介紹之實施例之相同目的及/或達成相同優點之其他製程及結構之一基礎。熟習此項技術者亦應瞭解，此等等效構造不背離本揭露之精神及範疇，且其等可在不背離本揭露之精神及範疇之情況下在本文中作出各種改變、置換及更改。
310-330:步驟
當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據產業中之標準實踐，各種構件未按比例繪製。事實上，為了論述的清楚起見可任意增大或減小各種構件之尺寸。
圖1示出了本實施例提供的一種半導體製程設備的結構示意圖；
圖2示出了本實施例提供的一種任務工序的流程圖；
圖3示出了本實施例提供的一種任務調度方法的流程圖；
圖4示出了本實施例提供的一種半導體製程設備結構示意圖。
310-330:步驟
Claims (8)
- 一種任務調度方法，應用於一半導體製程設備，其中，該半導體製程設備在同一批次製程進程中加工多個物料，每一個該物料對應一個待啟動任務，該待啟動任務均包括多道工序，該任務調度方法包括：獲取所有該待啟動任務的一任務數據；該任務數據包括該待啟動任務對應的所有該工序對應的一工序號、一加工時長、一加工位置以及一加工位置停滯時長，其中，該工序號為工序編碼，該加工時長為完成每道該工序所需的時長，該加工位置為進行每道該工序時，該物料在該半導體製程設備中的位置，該加工位置停滯時長為該物料在完成每道該工序後在對應該加工位置的停滯時長；基於混合整數規劃對該目標函數和該約束條件集合進行數學建模，得到該任務調度模型，該混合整數規劃指部分決策變量限制為整數的整數規劃問題；將每個該待啟動任務的該任務數據均輸入至任務調度模型，以獲得該任務調度模型輸出的每個該待啟動任務的啟動時刻；該任務調度模型以執行所有該待啟動任務所需總時長最短為目標函數，該任務調度模型的約束條件與該任務數據相關聯；根據每個該待啟動任務的該啟動時刻，對該待啟動任務進行任務調度；其中，該半導體製程設備為一清洗機設備，該物料為一晶圓，該加工位置包括晶圓傳輸機械手，該晶圓傳輸機械手在製程區只有一個WTR機械手；該約束條件包括：若該物料的第i+1道工序的加工位 置為該晶圓傳輸機械手，則該物料的第i道工序的該加工位置停滯時長為該晶圓傳輸機械手的運行時長；否則該物料的第i道工序的該加工位置停滯時長為0。
- 如請求項1所述的方法，其中，在該將每個該待啟動任務的該任務數據均輸入至任務調度模型，以獲得該任務調度模型輸出的每個該待啟動任務的啟動時刻之前，該方法還包括：一構建目標函數，該目標函數包括：與執行所有該待啟動任務所需時長相關的最小化函數；一構建約束條件集合，該約束條件集合包括與所有該待啟動任務的該任務數據相關的約束條件；根據該目標函數和該約束條件集合構建該任務調度模型。
- 如請求項2所述的方法，其中，該約束條件包括：該物料的每道工序的開始時刻、該加工時長以及該加工位置停滯時長之和，等於該物料的每道工序的結束時刻；該物料的第i道工序的結束時刻與該物料的第i道工序的該加工位置停滯時長之差，等於該物料的第i+1道工序的開始時刻；對於同一個目標加工位置，僅可實現一個該物料在對應該目標加工位置上加工；若該物料的第i道工序先於另一個該物料的第j道工序在該目標加工位置工加工，則該物料的第i道工序的結束時刻與該物料的第i道工序的該加工位置停滯時長之差，小於或等於另一個該物料的第j道工序 的開始時刻；其中，該i，j為該工序號，且均為正整數；該開始時刻、該加工時長，該加工位置停滯時長以及該結束時刻均大於或等於零。
- 如請求項1所述的方法，其中，該半導體製程設備為一清洗機設備，該物料為一晶圓，該加工位置包括一晶圓架、一掃描模塊、一暫存模塊、一校驗模塊、一加工模塊以及一晶圓傳輸機械手。
- 如請求項1所述的方法，其中，該將該任務數據登錄至一任務調度模型，以獲得該任務調度模型輸出的每個該待啟動任務的啟動時刻，包括：將該任務數據登錄至任務調度模型，以獲得經該任務調度模型計算得到的每個該待啟動任務的啟動時刻以及執行該所有待啟動任務所需的最小總時長。
- 如請求項1或2所述的方法，其中，在該獲取所有該待啟動任務的任務數據之前，該方法還包括：分析該半導體製程設備，得到一設備信息；該設備信息至少包括：該半導體製程設備的硬體信息，由該半導體製程設備加工的該物料，以及該待啟動任務包括的多道該工序；該設備信息用於構建該任務調度模型。
- 一種半導體製程設備，其中，該半導體製程設備在同一批次製程進程中加工多個物料，每一個該物料對應一個待啟動任務，該待啟動任務均 包括多道工序，該半導體製程設備包括：一控制器，用於獲取所有該待啟動任務的任務數據；該任務數據包括該待啟動任務對應的所有該工序對應的工序號、加工時長、加工位置以及加工位置停滯時長，其中，該工序號為工序編碼，該加工時長為完成每道該工序所需的時長，該加工位置為進行每道該工序時，該物料在該半導體製程設備中的位置，該加工位置停滯時長為該物料在完成每道該工序後在對應該加工位置的停滯時長；基於混合整數規劃對該目標函數和該約束條件集合進行數學建模，得到該任務調度模型，該混合整數規劃指部分決策變量限制為整數的整數規劃問題；將每個該待啟動任務的該任務數據均輸入至任務調度模型，以獲得該任務調度模型輸出的每個該待啟動任務的啟動時刻；該任務調度模型以執行所有該待啟動任務所需總時長最短為目標函數，該任務調度模型的約束條件與該任務數據相關聯；根據每個該待啟動任務的該啟動時刻，對該待啟動任務進行任務調度；其中，該半導體製程設備為一清洗機設備，該物料為一晶圓，該加工位置包括一晶圓傳輸機械手，該晶圓傳輸機械手在製程區只有一個WTR機械手；該約束條件包括：若該物料的第i+1道工序的加工位置為該晶圓傳輸機械手，則該物料的第i道工序的該加工位置停滯時長為該晶圓傳輸機械手的運行時長；否則該物料的第i道工序的該加工位置停滯時長為0。
- 如請求項7所述的半導體製程設備，其中，該半導體製程設備還包括：一求解器，用於基於該任務調度模型進行計算，得到每個該待啟動任務的啟動時刻以及執行該所有待啟動任務所需的最小總時長。
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