In this thesis we propose a conceptual cluster tool design for two independently moving wafer handling robot arms inside a radial configuration cluster tool. We develop a Petri Net model which describes the tool behavior. Ways to model both 1-cyclic and 2-cyclic schedules are developed. It is shown that the Swap sequence is not unconditionally the optimal sequence. We identify three dominant types of sequences. The workload concept is extended. With this, conditions for optimality are introduced and optimality is proven.
We develop an MIP formulation for the cases where the conditions for optimality are not satisfied. The MIP formulation finds optimal sequences amongst 1-cyclic schedules. It is shown that 1-cyclic schedules cannot always find the optimal schedule. Hence, a MIP formulation to find 2-cyclic optimal solutions is proposed. An efficient bounding mechanism still needs to be developed for the latter. We show experimental results for both.
We show that using two independent arms can significantly reduce the cycle time of the tool and increase chamber utilization compared to the existing regular cluster tool architecture.
본 논문에서는, 새로운 디자인의 클러스터 장비 운송로봇을 제안하였다. Petri Net을 이용한 클러스터 장비 분석 방법을 제안한 후, 최적 작업 순서를 규명하였다. 운송 로봇의 두 팔이 독립적으로 움직일 때 심지어 기본적인 스케줄링 모델에 대해서도 스왑 시퀀스가 항상 최적은 아님을 보였다. Dual Backward 시퀀스, Modified Swap, 그리고 Hybrid 시퀀스가 최적 시퀀스로써 본 논문에서 다뤄졌다 그리고 워크로드(작업부하)의 개념 또한 확장되었다. 이러한 조건에서의 최적 시퀀스를 위한 조건을 소개하였고, 최적성(Optimality)을 증명하였다. 그리고 최적해는 항상 1-주기 스케줄 중에서 존재하지만은 않는 다는 것을 보였다. 매우 짧은 공정 시간을 갖거나 공정모듈의 개수가 짝수인 경우를 예로 들 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, Petri Net을 이용한 2-주기 스케줄 모델링 방법을 제안하였다.
위의 순서가 모두가 최적이 아님이 밝혀질 경우에 최적의 순서를 찾아내기 위해 1-주기 스케줄 생성을 위한 MIP식을 제안하였다. 또한 MIP 모델은 웨이퍼 지연 제약에 관한 스케줄을 생성할 수 있다. 두 번째로, 2-주기 스케줄을 생성하기 위한 확장된 MIP식이 제안하였다. 후자를 위해 더 좋은 Bounding Mechanism을 개발하였다.
그리고 제안된 운송로봇(TM)의 퍼포먼스(Performance)를 일반적인 양팔 클러스터 장비와 비교하였다. 기밀조항으로 인해 클러스터 장비와 팹(Fab)에서의 공정 시간과 로봇 작업 시간에 대한 실제 데이터를 얻기가 어려웠다. 하지만 현재 클러스터 장비의 문헌에 기반하여 두 팔이 독립적으로 움직일 때 공정모듈의 가동을 최대화하거나 TM Bound가 아닌 툴 배치의 범위를 넓힘으로써 클러스터 장비의 생산율을 상당히 향상시킬 수 있는 사례를 쉽게 만들어 낼 수 있었다. 또한, 챔버간 이송시간이 동일하다는 가정이 없을 시에는 제안된 디자인이 진공 환경과 같이 운송로봇(TM)의 이송시간이 거의 0이 아닐 때 생산율을 상당히 향상시킬 수 있다는 것을 보였다.
일반적인 양팔 운송로봇과 독립적인 두 팔의 운송로봇의 비교분석은 다양한 클러스터 장비의 운송로봇 설계와 다른 장비의 아키텍처에 대한 가능성과 제약에 도움이 되는 통찰력를 제공한다. 웨이퍼의 재방문이나 클리닝 주기와 같은 복잡한 스케줄링 요구사항을 가진 경우는 여전히 더 연구되어야 할 필요가 있다.
