基于指標(biāo)預(yù)報(bào)和解相似度分析的光刻工序動(dòng)態(tài)調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于先進(jìn)制造、自動(dòng)化和信息領(lǐng)域,具體涉及一種面向半導(dǎo)體生產(chǎn)線光刻 工序調(diào)度、基于指標(biāo)預(yù)報(bào)和解相似度分析的光刻工序動(dòng)態(tài)調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 本發(fā)明所針對(duì)的半導(dǎo)體生產(chǎn)線光刻工序調(diào)度問(wèn)題是以總加權(quán)流經(jīng)時(shí)間之和為優(yōu) 化目標(biāo)、帶有機(jī)器適配性約束和順序相關(guān)準(zhǔn)備時(shí)間的單工序調(diào)度問(wèn)題。光刻工序是半導(dǎo)體 生產(chǎn)線的關(guān)鍵工序之一,其調(diào)度效果對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)性能指標(biāo)有較大影響。針對(duì)該類 問(wèn)題,已有的調(diào)度方法主要包括精確優(yōu)化方法、經(jīng)典人工智能方法、啟發(fā)式規(guī)則和智能優(yōu)化 方法等。然而,已有調(diào)度方法在處理較大規(guī)模的上述調(diào)度問(wèn)題時(shí),調(diào)度性能仍然不夠理想, 因此,提出具有較好性能的光刻工序動(dòng)態(tài)調(diào)度方法具有重要意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]為解決半導(dǎo)體生產(chǎn)線光刻工序以最小化總加權(quán)流經(jīng)時(shí)間為優(yōu)化目標(biāo)的調(diào)度問(wèn)題, 本發(fā)明提出一種基于指標(biāo)預(yù)報(bào)和解相似度分析的光刻工序動(dòng)態(tài)調(diào)度方法(以下簡(jiǎn)稱為 PASM)。
[0004]本發(fā)明所針對(duì)的半導(dǎo)體生產(chǎn)線光刻工序調(diào)度問(wèn)題是以總加權(quán)流經(jīng)時(shí)間之和為優(yōu) 化目標(biāo)、帶有機(jī)器適配性約束和順序相關(guān)準(zhǔn)備時(shí)間的單工序調(diào)度問(wèn)題,在本發(fā)明中,首先將 上述調(diào)度問(wèn)題分解為設(shè)備選擇調(diào)度子問(wèn)題和工件排序調(diào)度子問(wèn)題,在此基礎(chǔ)上,針對(duì)工件 排序調(diào)度子問(wèn)題,構(gòu)建其性能指標(biāo)預(yù)報(bào)模型。上述調(diào)度子問(wèn)題性能指標(biāo)預(yù)報(bào)模型的作用是, 在不求解該調(diào)度子問(wèn)題的前提下,通過(guò)分析該調(diào)度子問(wèn)題的特征信息來(lái)預(yù)報(bào)該調(diào)度子問(wèn)題 對(duì)應(yīng)較優(yōu)解的性能優(yōu)劣。在上述調(diào)度子問(wèn)題性能指標(biāo)預(yù)報(bào)模型基礎(chǔ)上,提出基于解相似度 分析的差分進(jìn)化算法來(lái)求解設(shè)備選擇調(diào)度子問(wèn)題,其中,工件排序調(diào)度子問(wèn)題性能指標(biāo)預(yù) 報(bào)模型用于對(duì)設(shè)備選擇調(diào)度子問(wèn)題的解進(jìn)行全局調(diào)度性能的快速評(píng)價(jià),從而改善全局優(yōu)化 性能。
[0005]( -)問(wèn)題描述
[0006]半導(dǎo)體生產(chǎn)線光刻工序調(diào)度問(wèn)題可具體描述如下:
[0007]光刻工序有m臺(tái)光刻機(jī),n個(gè)待調(diào)度的工件,分別記為M= {1,2, . . .,m}和N= {1,2, . . .,n}。每個(gè)工件需要在某臺(tái)光刻機(jī)上進(jìn)行加工,工件j(jGN)在機(jī)器1上的加工 時(shí)間、權(quán)重、釋放時(shí)間記為Pu,《」和r」,另外,工件j還對(duì)應(yīng)一個(gè)可加工的光刻機(jī)集合y』以 及光刻板型號(hào)bj,只有該集合內(nèi)的光刻機(jī)才可加工此工件,且在加工時(shí),如果上一個(gè)加工任 務(wù)對(duì)應(yīng)的光刻板型號(hào)與本次任務(wù)對(duì)應(yīng)的光刻板型號(hào)相同,則所需的切換時(shí)間為〇,否則需要 一個(gè)固定的光刻板切換時(shí)間。另外,還考慮如下假設(shè):同一個(gè)機(jī)器一個(gè)時(shí)刻只能加工一個(gè)工 件,同一個(gè)工件一個(gè)時(shí)刻只能在一個(gè)機(jī)器上加工,而且一旦開(kāi)始加工,不可中斷直至加工完 成?,F(xiàn)需要安排工件在光刻機(jī)上加工,使得總加權(quán)流經(jīng)時(shí)間最短。
[0008] 假設(shè)am」(am」GM)為工件j所指派的加工機(jī)器,f」為工件j的加工完成時(shí)間,S為 工件間切換時(shí)間矩陣,s= {spq}nXn,其中,spq為工件p與工件q在同一個(gè)光刻機(jī)上相鄰加 工時(shí)所需的切換時(shí)間。就本發(fā)明所針對(duì)的光刻工序動(dòng)態(tài)調(diào)度問(wèn)題而言,若兩個(gè)工件采用相 同的光刻板,則二者之間的切換時(shí)間為零,否則需要一定的切換時(shí)間。上述光刻工序調(diào)度問(wèn) 題可采用混合整數(shù)規(guī)劃模型描述,具體如下:
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于指標(biāo)預(yù)報(bào)和解相似度分析的光刻工序動(dòng)態(tài)調(diào)度方法,其特征在于,該方法是一 種采用基于解相似度分析的差分進(jìn)化算法進(jìn)行迭代優(yōu)化的過(guò)程中,不斷地利用精確評(píng)價(jià)所 獲得的工件排序調(diào)度子問(wèn)題實(shí)例和調(diào)度解性能指標(biāo)數(shù)據(jù),對(duì)工件排序調(diào)度子問(wèn)題性能指標(biāo) 預(yù)報(bào)模型進(jìn)行在線學(xué)習(xí),以提升預(yù)報(bào)模型的預(yù)報(bào)精度,進(jìn)而改善差分進(jìn)化算法尋優(yōu)效率和 效果的方法;所述方法在計(jì)算機(jī)上依次按如下步驟實(shí)現(xiàn): 步驟(1):獲取半導(dǎo)體生產(chǎn)線光刻區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)度問(wèn)題對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù); 基于半導(dǎo)體生產(chǎn)線上的制造執(zhí)行系統(tǒng)或其他數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),獲取與光刻區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)度問(wèn) 題相關(guān)的數(shù)據(jù),具體包括光刻區(qū)可用設(shè)備數(shù)量、各設(shè)備的釋放時(shí)間、光刻板類型及數(shù)量、待 加工的各工件的釋放時(shí)間/加工時(shí)間/優(yōu)先級(jí)/可加工設(shè)備信息,并存儲(chǔ)至調(diào)度數(shù)據(jù)庫(kù)中, 形成待求解的半導(dǎo)體生產(chǎn)線光刻區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)度問(wèn)題實(shí)例; 步驟(2):光刻區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)度問(wèn)題分解 針對(duì)所獲得的光刻區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)度問(wèn)題實(shí)例,將該實(shí)例分解為設(shè)備選擇調(diào)度子問(wèn)題和工件 排序調(diào)度子問(wèn)題; 步驟(3):光刻區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)度問(wèn)題求解 步驟(3. 1):差分進(jìn)化算法初始化 設(shè)定差分進(jìn)化算法與調(diào)度子問(wèn)題性能指標(biāo)預(yù)報(bào)模型的相關(guān)參數(shù): 差分進(jìn)化算法中的解集合規(guī)模NP,在區(qū)間[20,1000]之間; 差分進(jìn)化算法中的縮放因子F,在區(qū)間[0.5,1]之間; 差分進(jìn)化算法中的交叉率CR,在區(qū)間[0,1]之間; 差分進(jìn)化算法中的精確評(píng)價(jià)比例P,在區(qū)間[10^,30% ]之間; 差分進(jìn)化算法中的停止條件:需要根據(jù)不同的需要,設(shè)定不同的算法運(yùn)行時(shí)間限制,在 區(qū)間[5秒,2000秒]之間; 步驟(3.2):調(diào)度子問(wèn)題性能指標(biāo)預(yù)報(bào)模型初始化 調(diào)度子問(wèn)題性能指標(biāo)預(yù)報(bào)模型中的區(qū)間劃分參數(shù)I,在區(qū)間[4,8]之間; 調(diào)度子問(wèn)題性能指標(biāo)預(yù)報(bào)模型中的徑向基函數(shù)的參數(shù):?維數(shù)為21+3維,其每一維的 取值從[-1 1]中隨機(jī)選取,匕為1維,取值為從
隨機(jī)選取; 調(diào)度子問(wèn)題性能指標(biāo)預(yù)報(bào)模型中的隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)L,在區(qū)間[5,100]之間; 調(diào)度子問(wèn)題性能指標(biāo)預(yù)報(bào)模型中的懲罰因子v,按經(jīng)驗(yàn)取2%; 在上述參數(shù)設(shè)置基礎(chǔ)上,隨機(jī)產(chǎn)生設(shè)備選擇調(diào)度子問(wèn)題的NP個(gè)初始解形成初始解集 合,然后,隨機(jī)選擇1至NP個(gè)解,采用分枝定界算法進(jìn)行精確評(píng)價(jià),獲得各個(gè)解對(duì)應(yīng)的調(diào)度 目標(biāo)函數(shù)值;在此基礎(chǔ)上,采用極限學(xué)習(xí)機(jī)的在線學(xué)習(xí)方法,利用所獲得的調(diào)度子問(wèn)題及其 對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值的數(shù)據(jù),獲得初始的調(diào)度子問(wèn)題性能指標(biāo)預(yù)報(bào)模型; 步驟(3. 3):差分變異和交叉 對(duì)解集合中的解,首先計(jì)算其距離矩陣,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行基于解相似性分析的差分變 異操作,最后進(jìn)行交叉操作;操作完成后,形成新的解集合; 步驟(3. 4):基于粗評(píng)價(jià)與精確評(píng)價(jià)相結(jié)合的評(píng)價(jià)與選擇 對(duì)解集合中的解,首先采用調(diào)度子問(wèn)題性能指標(biāo)預(yù)報(bào)模型進(jìn)行粗評(píng)價(jià),在此基礎(chǔ)上,從 當(dāng)前解集合中選擇1至NP較好解進(jìn)行精確評(píng)價(jià),然后,采用標(biāo)準(zhǔn)輪盤(pán)賭方法進(jìn)行選擇,形成 新一代解集合; 步驟(3.5):使用極限學(xué)習(xí)機(jī)的在線學(xué)習(xí)方法,在線學(xué)習(xí)更新調(diào)度子問(wèn)題性能指標(biāo)預(yù) 報(bào)模型參數(shù),形成新的調(diào)度子問(wèn)題性能指標(biāo)預(yù)報(bào)模型; 步驟(3. 6):算法終止條件判別 若算法運(yùn)行時(shí)間已達(dá)到設(shè)定值,則停止;否則轉(zhuǎn)步驟(3. 3)進(jìn)行迭代優(yōu)化。
2.如權(quán)利要求2所述基于指標(biāo)預(yù)報(bào)和解相似度分析的光刻工序動(dòng)態(tài)調(diào)度方法,其特征 在于,所述的調(diào)度子問(wèn)題性能指標(biāo)預(yù)報(bào)模型的輸入包括如下屬性: ?分配至該機(jī)器1的工件的總加權(quán)加工時(shí)間
?光刻板類別數(shù)量:NB ?指派到當(dāng)前光刻機(jī)的工件釋放時(shí)間的集中程度:Cr ?采用最小加權(quán)加工時(shí)間規(guī)則所獲得的目標(biāo)函數(shù)值:TWFTswpt ?區(qū)間i對(duì)應(yīng)工件的總數(shù)量:| Ω」,i = 1,2,…,I. ?區(qū)間i對(duì)應(yīng)工件的總加權(quán)加工時(shí)間:
其中,P1, P wjP q分別為工件j在光刻機(jī)1上的加工時(shí)間、權(quán)重、釋放時(shí)間,j = 1, 2,…,n,Qi為分配到區(qū)間i的工件集合,區(qū)間的劃分方法為:把整個(gè)調(diào)度時(shí)間軸劃分為I 個(gè)區(qū)間,I為整數(shù),每個(gè)區(qū)間的長(zhǎng)度為u = 〇^,_+口1_-1^,_)/141_為所有工件中加工時(shí) 間的最大值,4_和r ^niin為所有工件釋放時(shí)間的最大值和最小值,區(qū)間的起始時(shí)刻為r i, min> Cr的計(jì)算步驟如下: 1) 令Li (i = 1,2,···,〗)表示第i個(gè)區(qū)間的總負(fù)載,Li,」為工件j對(duì)1^的貢獻(xiàn); 2) 對(duì)工件 j (j e Ω ,.),令 Sti= r ,則 Ci= r ,.+P1.,通過(guò)下式計(jì)算 Li. ?:
3) 計(jì)算第i個(gè)區(qū)間的總負(fù)載 4) 通過(guò)下式計(jì)算Cr :
在上述屬性中,兩個(gè)與調(diào)度時(shí)間區(qū)間相關(guān)的屬性,I Ω」和
,其計(jì)算步驟如 下: 1) 將該光刻機(jī)上的所有工件按其釋放時(shí)間由小到大的順序排序,不失一般性,記i, j' 2,…,j' n為排序后的各個(gè)工件,r' i,r' 2,…,r' n為對(duì)應(yīng)的釋放時(shí)間;
2) 對(duì)工件j' k(k=l,2,…,n),如果iu彡r' k<(i+l)u成立,其中i為時(shí)間窗口 的序號(hào),則j ' k屬于第i個(gè)時(shí)間窗口對(duì)應(yīng)的工件集合; 3) 對(duì)每個(gè)時(shí)間窗口,I Ω」為該時(shí)間窗口對(duì)應(yīng)的工件數(shù)量, :為該時(shí)間窗口對(duì) 應(yīng)工件的加權(quán)加工時(shí)間之和; 按照上述輸入屬性選擇方法,對(duì)給定的單臺(tái)設(shè)備的工件排序調(diào)度子問(wèn)題,用于構(gòu)建預(yù) 測(cè)模型的特征共有21+4個(gè),根據(jù)問(wèn)題規(guī)模的不同,I的取值在區(qū)間[4,8]之間。
【專利摘要】基于指標(biāo)預(yù)報(bào)和解相似度分析的光刻工序動(dòng)態(tài)調(diào)度方法,屬于先進(jìn)制造、自動(dòng)化和信息領(lǐng)域,其特征在于,針對(duì)半導(dǎo)體生產(chǎn)線光刻工序動(dòng)態(tài)調(diào)度問(wèn)題,提出一種動(dòng)態(tài)調(diào)度方法。該方法首先將光刻工序動(dòng)態(tài)調(diào)度問(wèn)題分解為設(shè)備選擇調(diào)度子問(wèn)題和工件排序調(diào)度子問(wèn)題,并在線建立工件排序調(diào)度子問(wèn)題的性能指標(biāo)預(yù)報(bào)模型,然后,利用基于解相似度分析的差分進(jìn)化算法求解原調(diào)度問(wèn)題。在差分進(jìn)化算法中,上述工件排序調(diào)度子問(wèn)題性能指標(biāo)預(yù)報(bào)模型用于對(duì)設(shè)備選擇調(diào)度子問(wèn)題的解進(jìn)行全局調(diào)度性能的快速粗評(píng)價(jià)。在對(duì)調(diào)度解的評(píng)價(jià)過(guò)程中,本發(fā)明采用精確評(píng)價(jià)和粗評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式進(jìn)行差分進(jìn)化算法中解的性能評(píng)價(jià);使用該調(diào)度方法可顯著提升光刻工序生產(chǎn)調(diào)度的效率和效果。
【IPC分類】G05B19-418
【公開(kāi)號(hào)】CN104536412
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410805103
【發(fā)明人】劉民, 郝井華
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月23日