Cluster tools are widely used in most semiconductor manufacturing processes. As process technology advances and precise control become possible, a multi-slot cluster tool which has high productivity compared to the area by processing multiple wafers in each chamber has been developed and operated. This multi-slot cluster tool's production efficiency increases when the tool consists of resources with extended structures. As the number of slots in the chamber increases, the equipment has higher productivity, but the quality of the wafer deteriorates because the delay of the processed wafers exposed to residual heat and gas in the chamber increases. In order to develop and operate cost-effective equipment, scheduling in consideration of wafer delay while responding to various structures is essential, but studies related to this have not been conducted yet. Therefore, in this study, we proposed a methodology to determine the schedule of the robot to minimize chamber delay through modeling of the multi-slot cluster tool with wafer delay constraints. We then proposed sequences for the robot with three or more arms and developed the model for determining the structure and schedule that guarantees the best performance for the process with time constraints through modeling-based analysis. Finally, we proposed a model that determines the equipment structure and schedule which includes the operation for the chamber, for the process with the chamber cleaning operation.
이 논문에서는 반도체 제조를 위해 가장 많이 쓰이고 있는 클러스터 장비의 스케줄링 문제를 다루었다. 공정 기술의 발전으로부터 정밀한 공정이 가능해짐에 따라 장비의 면적 대비 생산성을 증가시키기 위하여 한 챔버에 여러개의 웨이퍼에 대한 공정을 진행하는 다중 슬롯 클러스터 장비가 개발되었으며 이러한 장비의 생산 효율은 장비 내 리소스의 구조가 확장됨에 따라 증가한다. 챔버 내 슬롯 개수가 증가할수록 장비의 생산성은 증가하지만 공정이 끝난 웨이퍼들이 잔열 및 가스에 노출된 상태로 챔버 내에서 머무르는 지연이 증가함에 따라 웨이퍼 품질이 저하된다. 즉, 비용 효과적인 장비를 개발 및 운영하기 위해서는 다양한 장비 구조에 대응하면서 웨이퍼 지연을 고려한 스케줄링이 필수적이며 이와 관련된 연구는 진행되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 다중 슬롯 장비에 대한 모델링 및 수리적 분석을 통해 챔버 내 지연을 최소화하기 위한 로봇 작업 순서 및 타이밍 결정 방법을 제안하였다. 이후 확장된 구조의 로봇으로 운영 가능한 작업 순서들을 제안하고, 모델링 기반의 분석을 통해 시간 제약 조건이 존재하는 공정에 대해 가장 좋은 성능을 낼 수 있는 장비 구조 및 로봇 스케줄을 결정하였다. 마지막으로 챔버 클리닝 공정을 포함하는 장비에 대하여 챔버의 운영을 추가적으로 고려한 장비 구조와 운영 스케줄을 결정하는 모델을 제안하였다.
