前  言 

半導體芯片制造業是一個尖端技術及高附加值產業，對國民經濟的發展具有巨大的戰略價值，世界各國政府都將其視為國家的骨干產業。在世界制造業中心向亞太地區轉移的大背景下，在國家產業政策的推動下，中國的半導體芯片產業獲得了飛速的發展。要保持我國半導體芯片制造業良好的發展勢頭，提升我國半導體芯片制造業國際競爭能力，不僅要擴大規模，而且要注重提高制造繫統績效。把我國的半導體芯片做大、做強，不僅需要先進的半導體芯片設計技術、制造工藝技術及裝備技術，而且需要先進的生產管理技術。
半導體制造的源頭是芯片制造，芯片制造的關鍵是其制造裝備。集束型晶圓制造裝備（Cluster  Tools）是由物料搬運機械手和若干單晶圓加工設備構成的自動化組合制造繫統，代表著當今半導體制造裝備的先進水平，越來越多地應用到芯片的制造中。集束型裝備調度問題與生產調度問題一樣具有復雜性，如建模困難（數學模型或仿真模型難以建立）、高度重入加工（半導體制造過程中晶圓多次進入相同的設備加工）、存在多約束耦合（加工能力、滯留時間、機械手能力等約束耦合）、不確定（加工時間波動、設備自動清洗、臨時晶圓插入、設備故障、返工等）、多種類型機械手（單臂機械手、雙臂機械手、多機械手）、多種類型晶圓混合加工（晶圓代工廠要同時生產幾十種產品，生產調度要同時考慮晶圓排序和機械手搬運作業排序）、存在不同的晶圓流模式（表現為串行、並行和重入晶圓模式）、大規模（晶圓和機械手搬運作業數量龐大，解空間可能隨問題規模的增大而呈指數增長等）。研究表明，絕大多數集束型裝備調度問題屬於NP-hard性質的問題，其研究具有重要的學術意義和工程價值。
本書力圖總結作者和國內外同行在集束型晶圓制造裝備調度問題方面所取得的一繫列研究成果，主要討論集束型晶圓制造裝備重入和混流調度、集束型晶圓制造裝備的多機械手調度、集束型晶圓制造裝備的滯留時間約束調度、集束型晶圓制造裝備的應急調度、集束型晶圓制造裝備混合晶圓調度等問題的數學模型、問題特性及優化調度算法，以及基於SEMI標準的集束型裝備控制平臺的設計與驗證等。全書共8章，主要內容如下：
第1章為緒論，簡要介紹半導體制造產業的戰略意義、半導體制造工藝、集束型裝備的高度復雜性、制造繫統調度、集束型裝備調度資源和約束條件、集束型裝備調度的分類。
第2章介紹集束型晶圓制造裝備的建模方法，包括基於馬爾科夫模型、數學規劃模型、時序圖模型、Petri網模型及仿真模型等。
第3章介紹集束型晶圓制造裝備的調度方法，包括基於運籌學方法、多項式算法、啟發式方法和智能優化方法等。
第4章介紹集束型晶圓制造裝備的重入和混流調度的混合整數規劃模型，該模型包括加工模塊能力約束、機械手能力約束、重入模塊約束等。
第5章論述集束型晶圓制造裝備的多機械手調度，重點介紹基於分解方法和線性規劃模型的搜索算法、基於LCM和Swap的k序列策略和構造算法等。
第6章圍繞集束晶圓制造型裝備的滯留時間約束調度展開，重點介紹單臂和雙臂機械手的可調性條件、基於線性規劃模型和衝突控制策略的啟發式搜索方法、基於分解思想的多集束型裝備啟發式調度方法。
第7章介紹集束型晶圓制造裝備的應急調度，依次對基於微粒群的兩層在線調度方法和基於量子進化算法的在線調度方法展開介紹。
第8章介紹CTC控制軟件架構及SEMI標準，論述了CTC實時調度繫統框架模型，該模型分為監督控制層、模塊管理層、模塊控制器層；接著介紹了通信協議的分析與設計過程，包括SEMI標準SECS-I、HSMS、SECS-II和GEM四個通信協議；後，介紹了利用“虛擬控制”思想對模型進行仿真、調度和驗證的過程。
本書所涉及的研究成果是在遼寧省高等學校優秀人纔支持計劃（LJQ2011132）、遼寧省教育廳科學研究一般項目（L2014456）、大連外國語大學科研基金項目（2014XJYB05）等的資助下取得的。另外，還要特別感謝電子工業出版社對本書的大力支持，感謝吳長莘等在書稿編輯出版過程中所給予的寶貴建議和付出的辛勤勞動。
本書可作為計算機科學與技術、管理科學與工程、機械工程等相關學科的教師、學生和研究人員的參考書。集束型晶圓制造裝備研究是一類NP特征的調度問題中具有高度復雜性和挑戰性的課題，隨著國際上對這類問題研究的不斷深入，以及我國半導體制造裝備的興起與迅速發展，有關的研究還在不斷發展和完善之中，本書作為作者近年來學習和研究的一個階段性總結，其中難免會有不當甚至錯誤之處，敬請廣大讀者批評指正。

作  者     
2016年11月