Semiconductor manufacturing equipments are being integrated into complex systems that perform multiple processes in a single unit in harmony with other support systems. An integrated single-wafer processing tool, composed of several single wafer processing modules, transfer robots, and load locks, has complex revisitation sequences, and often has critical post-processing residency constraints at process modules. Scheduling of these tools is an intricate problem, and testing schedulers with real tools requires too much time and cost.
The Single Wafer Processor simulator presented in this thesis is to verify an online scheduler, and evaluate performance of integrated single-wafer processing tools before the scheduler is actually deployed into real systems. The data transfer between the scheduler and the simulator is carried out with TCP/IP communication using messages and files. The developed simulator consists of six modules, i.e., GUI (Graphic User Interface), emulator, execution system, module manager, analyzer, and 3D animator. The overall framework is built using Microsoft Visual C++, and the animator is embodied using OpenGL API (Application Programming Interface).
The emulator has the state models of the process and transfer modules, and control functions which execute a unit process of robots. The module manager checks the states of robots, and sequentially calls these control functions to accomplish a transfer command. And the manager module also updates the states of each module. Execution system automatically generates contingencies with given failure lists, and determines whether the rests of operable wafers should be processed. The animator performs real time 3D animation. The analyzer provides various performance measures such as throughput rate, cycle time, utility, etc. Users can test various scenarios and configurations of machines and recipes.
매엽식 통합장비 (Single-Wafer Processing Tool)는 웨이퍼 (Wafer)를 낱개로 가공하는 다수의 프로세스 모듈, 이송로봇, 카세트모듈 등으로 구성되는 복합장비로 프로세스 모듈간의 복잡한 이송경로를 가지며 화학공정을 수행하는 프로세스 모듈의 경우 공정 후 프로세스 모듈 내 체류시간에 제약이 있는 경우가 많다. 이러한 장비들의 스케줄링은 매우 난해하며, 실제 장비를 통해 테스트하는 경우 많은 시간과 비용이 필요하게 된다. 따라서 본 연구에서는 스케줄러가 실제장비에 적용되기 이전에 스케줄러의 예외상황 처리와 같은 능력을 검증하고 다양한 장비의 성능을 평가해 볼 수 있는 시뮬레이터를 구현하는 것이 목적이다.
시뮬레이터는 6 개의 모듈 즉, GUI(Graphic User Interface), 에뮬레이터, 실행시스템, 모듈 매니저, 분석기, 3 차원 애니메이터로 구성되며, 스케줄러와 시뮬레이터간의 데이터 교환은 메시지를 기반으로 하는 TCP/IP 통신을 이용하며 이를 통해 시뮬레이터에서 스케줄러로의 스케줄링 요청, 스케줄러로부터 시뮬레이터로의 스케줄링 파일전송 등이 이루어 진다. OpenGL API(Application Programming Interface)를 이용하는 애니메이터를 제외하고 시뮬레이터의 전반적인 부분은 Microsoft Visual C++를 이용하여 구현되었다.
에뮬레이터는 프로세스 모듈, 이송로봇의 상태모델(State Model)을 가지고 있으며 로봇의 단위동작을 수행하는 제어함수들을 가지고 있다. 실행시스템으로부터 전달된 로봇의 웨이퍼 이송명령을 처리하기 위해서 모듈 매니저에서는 이벤트 발생시마다 로봇의 상태를 판단하고 에뮬레이터의 제어함수를 연속적으로 호출함으로써 애니메이션이 수행되게 된다. 또한 실행시스템이나 에뮬레이터에서 전달되는 메시지를 처리함과 동시에 각 모듈들의 상태를 갱신하는 역할을 한다. 애니메이터는 실시간으로 3 차원 애니메이션을 보여주며 이송로봇의 경우 웨이퍼 실제 운반에 소요되는 작업시간과 움직임을 고려한다. 스케줄러의 예외상황 처리능력을 평가할 수 있게 하기 위해서 프로세스 모듈의 고장시나리오를 입력하게 되면 실행시스템은 주어진 고장시간에 해당 모듈의 상태를 P_FAILURE 로 갱신하며 고장발생 이후부터 재 스케줄링 된 파일을 받게 되기까지의 작업은 예외상황처리기가 맡게 된다. 분석기는 단위시간당 웨이퍼 생산개수(Throughput rate), 이용률(Utility)을 비롯한 각종 통계자료들을 제공하며, 사용자는 이 분석기를 통해 프로세스 모듈의 추가, 웨이퍼 이송로봇 팔의 개수 등 장비의 구성변화와 시뮬레이션 변수의 변화에 따른 장비의 성능을 평가할 수 있다.
