研究挑戰

在前人的研究中，斐式網的建構已經能表達大部份的現象了；但是，在我們 所使用的建模案例中，有兩個層面並沒有沒有被直接的解決或深入的探討。第一 個是特殊控制邏輯的建構，在機台中我們發現了特別的手臂運作控制模式，然而 若是沒有合理的建構處理，只依靠晶圓流程模型來描述對於模擬得到的結果會造 成極大的誤差。第二個是在時間斐式網中 Enable 和 Fire 的嚴格定義尤其是對於 大量 Transition 同時被 Enable 的部分。然而，這兩個特點也將在本文之中被視 為重要的挑戰並且詳加探討與說明。

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第三章

手臂作業順序控制邏輯的時間斐式網建模

3.1 彩色時間斐式網

斐氏網常以一個離散二維的表格來定義，該表格涵蓋了 Place, Transition 還 有直接連結他們的 Arc。以圖形來說，Place 以圓圈表示，Transition 以長條或者 方塊表示，而直接連結 Place 和 Transition 的 Arc 則是由箭頭表示，其中 Arc 又 分為輸入 Arc 以及輸出 Arc，對應到其關係是進入 Place 還是離開 Place。而 Place 可以容納由黑點表示的 Marking；當然，Place 只能容納正數的 Marking 或者零個 Marking。這些 Marking, places 和 transitions 必頇賦予他們在模型中所代表的獨特 意義，在這篇論文中之定義如下(第四章有詳細說明)。

 Place 代表整個叢聚式半導體生產設備中晶圓的狀態、手臂的狀態及設備狀 態。比方說，製程模組中的閒置時間或手臂移動的狀態，這些在模型中都被 化作特定的 Place。在任何時間點上，Marking 描繪出生產系統當時的狀態：

如在晶圓生產流程模組中的 Marking 可解讀為特定一片的晶圓狀態、在資源 模組中的 Marking 可解讀成手臂或是反應室狀態。

 Transition 代表著一個系統製造行為，如反應室開始作業。而這個活動開始 與結束在兩個連續的事件，Transition 的觸發意味者所有的前置 Place 皆 已具備所需求之 Marking 始能觸發。

 Arc 直接連結的 Place 與 Transitions 的 Arc 代表著狀態也代表著在運作 系統中的繼承的關係，如果有個 Arc 直接從 Place 到達一個 Transition，

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我們將他視作入口 Place 對於這個 transition，入口 Transition 對於 Transition 是否可以釋出晶片扮演著重要的角色，只有當所有的入口 Place 都被滿足的時候，Transition 才有可能被觸發。

 Color 表示在同一個時間所看到的不同種類的資源，而在斐式網上固定的時 間區間上我們可以定義 k 為相同的時間間隔，也說明了什麼是工作的生產時 間。

3.2 觀察之控制邏輯建模導引

本研究中，我們針對可利用電腦優化工具套件求解的叢聚式半導體生產設備 作業流程模型提出了一個標準快速並系統化的建構方法。為了達到這個目的，要 如何對一個未知的控制邏輯或者設備的行為模式建構斐式網模型一直是個重大 的挑戰，一般而言建模者會使用 WWNAWWA(有需要就加入)方法直接對機械手臂控 制邏輯的觀察在時間斐式網中建構控制邏輯模型。為了達到快速建構優化模型這 個目的，必頇要有一個精確的規則或導引來幫助模型建構者或者工程師能以最快 的方式構築其所需之控制邏輯。

在本章裡，我們首先模糊化機械手臂控制邏輯來已達到能以語法式描述其邏 輯的目的，接著，將此這些語法式的描述分解成許多片段的控制單元，如資源分 配、資源暫存、動作啟動與關閉等等的控制單元；最後再將這些片段的控制單元 描述以 CTPN 的方式表現在模型中。

因此，此建構方法對於完全陌生的工程人員有深入淺出的引導作用：從最起 初的物理作業邏輯的了解上就必頇清楚的釐清設備間的關係，進而從學習到的物 理邏輯運作透過簡而易懂的語法示描述呈現，搭配既存之控制邏輯參考下，組合 出符合現況之控制邏輯，對於新手工程師熟悉此套方法僅頇了解：

~ 19 ~ (1) 機台實際物理作業意義，及 (2) 何謂斐式網(3.1 詳述)

將可達到使用此套手臂控制邏輯斐式網建模之進入門檻，所花費時間即為工程師 學習該項機台設備之花費時間。

3.2.1

小強是一個工程師，有一天，台灣大學半導體製造公司的生產部門正在執行 一個針對叢集式半導體生產設備利用 CTPN 的優化計畫，經過觀察，工程師小強 發現他們現有的模型中並未考量到機械手臂的運作模式，而這個因素導致了模擬 出來的結果與現實的資訊誤差。因此，小強的老闆請約翰以最快的速度將叢集式 半導體生產設備的機械手臂控制邏輯模型建構出來。但是，小強最初對如何完成 這個工作完全沒有概念。如果小強知道語法式的手臂控制邏輯描述這個方法，將 可以幫助他釐清他所觀察到的手臂控制邏輯以及如何將他觀察到的事件正確的 建構到一個時間裴氏網模型中。

為了產生手臂控制邏輯的時間裴氏網模型，工程師首先要描述他所觀察到的 手臂行為模式到如圖 3.1 所示的語法式的手臂控制邏輯描述集合。語法式的手臂 控制邏輯描述著重於文法式的規則，例如主詞+動詞+受詞的結構描述，這個方法 可以幫助工程師以及建模者釐清他所觀察到的現象，作為串聯物理特性及 CTPN 模型的橋樑(如圖 3.3 所示)，以將他的觀察手動建置到時間裴式網模型中。在 圖 3.2 提出的 Push 控制器可以做為一個以語法式描述來建構觀察到的現象的例 子。

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Push Control logic: Dual Arm in specific chamber k with SWAP rule

物理特性 語意式描述

Push Control logic:

Dual Arm in specific chamber k with SWAP rule

CTPN Model

圖 3.1 語法式的手臂控制邏輯描述集合

圖 3.2 Push 控制器之語法式描述

圖 3.3 語法式的手臂控制邏輯描述所扮演的角色

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3.2.2

根據工程師的語法式描述，我們可以將這些描述分成特定的型別如驅動器、

啟動條件、關閉條件和動作事件以此幫助工程師更深入的描述手臂控制邏輯，以 下我們簡單的介紹其中元素:

驅動器

在語法式描述中的主詞，主要描述在手臂控制邏輯運行中將要被控制的 資源。例如在 Push 的控制邏輯中，兩個手臂在這被視做驅動器，也就是說 這兩個手臂將會在控制邏輯運行的過程中被控制。

啟動條件

在語法式描述中扮演著動詞的角色，主要描述在什麼樣的情況下驅動器 應該要使用哪個特定的行為模式，我們使用一階邏輯(First order logic) 來幫我們描述這些條件，例如(主詞狀態)  (主詞狀態)  … → 啟動. 比 方說 Push 手臂控制邏輯: (位置 k 製程結束)  (位置 k+1 不在等待狀態)

→ 手臂控制邏輯(啟動)。

關閉條件

在語法式描述中扮演著受詞的角色，主要描述在什麼樣的情況下驅動器 應該要停止使用哪個特定的行為模式，我們同樣使用一階邏輯來幫我們描述 這些條件，例如(主詞狀態)  (主詞狀態)  … → 關閉. 比方說 Push 手 臂控制邏輯: (位置 k 製程結束)  (位置 k+1 並不在被使用中)→ 手臂控 制邏輯(啟動).

~ 22 ~ 動作事件

主詞，受詞和動詞的語法式描述結構，工程師一部一部的詳細描述手臂 控制邏輯的動作事件，應該為當啟動條件滿足時應當做的連續且具體的行動 事件。每個動作事件也都該以一階邏輯描述的方式建構，比方說(手臂控制 邏輯 (箝制狀態))  (驅動器動作 (晶片,目標物)→ 做動作(事件).，以 Push 推式手臂控制邏輯為例:

(1) (手臂控制邏輯 (啟動))  (驅動器 (抓取 (晶片, 位置 k)))  → 行 動 (步驟一),

(2) (手臂控制邏輯 (行動(步驟一)))  (驅動器(抓取(晶片, 位置 k+1)))

 →行動(步驟二),

(3) (手臂控制邏輯 (行動(步驟一)))  (驅動器(放置 (晶片, 位置 k+1)))

 →行動(步驟三)

根據這種方式的分類，我們可以進一步依據驅動器，啟動條件，關閉條 件以及行動事件等種類在時間裴式網中建構出資源選擇，計數器以及 transition 觸發功能等模型，以 Push 手臂控制邏輯為例在表格一可以看 到:

~ 23 ~ Classification of

syntactic description

Functions of

CTPN

Example of Push RCL

Actor

Resource cuing

function

Enabling / Disable Condition

Token counter

function

Do event

Transition firing

function

最後，我們結合這些以功能為基礎的時間裴式網模型到一個完整的 Push 推 式手臂控制邏輯的時間斐式網模型中如所示。

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圖 3.4 完整 Push 推式手臂控制邏輯

3.3 資源模組

本研究針對資源模組，分為兩大類型：(1) 有使用手臂控制邏輯之資源模組 (如幫浦資源、反應室資源及反應室產能) (2) 未使用手臂控制邏輯之資源模組 (如緩衝區間手臂資源及傳輸區間手臂資源)；以下將分別介紹各模組之斐式網設 計。

~ 25 ~ 幫浦

主要應用在於 Loadlock 中，Applied Endura® 2 最多可具有三個獨立式的 Loadlock 但卻需共用同樣一個的幫浦作為 Pumping 時所用，唯一有限量之資源，

圖 3.5 為幫浦之斐式網。

圖 3.5 幫浦之斐式網模組

反應室產能

反應室通常最多只能夠容納一片晶圓在裡面進行作業，為了避免在斐式網進 行模擬時出現同一 Place 具有多個 Marking 發生，導致單一反應室卻出現兩片以 上(含)的晶圓在裡面的情形發生，因此反應室產能可視為一有限資源，下圖 3.6 紅色部分即為反應室產能斐式網。

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圖 3.6 反應室產能斐式網

手臂

主要應用在於晶圓出入反應室時，夾取晶圓之用，通常與 3.4 手臂控制邏輯 具有互動，下圖 3. 7 之手臂資源中會隨著手臂名稱的不同而隨之更改，在 Applied Endura® 2 中，我們總共會有四隻手臂供我們使用，分別是：Ruffer chamber robot 1 及 2 和 Transfer chamber 1 及 2。

圖 3. 7 手臂資源模組

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3.4 手臂控制邏輯模組

手臂控制邏輯部分，根據由 PVD 設備所觀察到的手臂運作現象，並藉由 3.2 節中手臂控制邏輯的建模導引協助下，我們可以順利的將其轉換成特定的斐式 網，下列將逐一介紹手臂控制邏輯斐式網。

Push 推式控制邏輯

圖 3.8 Push 推式手臂控制邏輯

~ 28 ~ Pull 拉式控制邏輯

即傳統手臂工作邏輯，無需使用任何額外手臂控制邏輯模組外加干涉，隨著 斐式網模擬的特色，只要手臂資源允許，特定 Transition 被觸發後會持續的往 下一反應室工作站前進，因此斐式網自然的可以忠實呈現此一現象。

FIFO 先進先出式控制邏輯

圖 3. 9 FIFO 先進先出式控制邏輯

3.5 晶圓生產流程

晶圓生產流程式 PVD 設備斐式網建模的核心，資源模組、手臂控制邏輯模組 均是依靠晶圓生生產流程進行合成的動作，因此在將模組合成之前，我們必頇優 先定義晶圓生產流程，Microsoft Excel 是一個生產與製造部門最常用的工具之

晶圓生產流程式 PVD 設備斐式網建模的核心，資源模組、手臂控制邏輯模組 均是依靠晶圓生生產流程進行合成的動作，因此在將模組合成之前，我們必頇優 先定義晶圓生產流程，Microsoft Excel 是一個生產與製造部門最常用的工具之