集创赛首个半导体设备算法题——北方华创杯邀你共铸大国重器 - 优睿谱诺睿科 AvantSemi.COM 半导体前道量测设备

半导体制造设备和材料位于半导体产业链最上游。与其他行业不同，半导体生产设备和材料不仅仅是支撑，还是产业竞争的制高点，也是国内芯片产业链中最薄弱的环节。经过20多年的追赶，中国与世界这一领域仍有两代差距。在当前半导体的风云变幻中，半导体设备已经成为关系全局迫在眉睫的重大问题。令人鼓舞的是，2021年，国内集成电路高端工艺装备的领军企业北方华创与集创赛携手，在国内首次推出半导体设备专项赛题。杯赛将汇聚来自产业与高校的力量，为中国半导体设备的人才培养和产业未来共同举旗呐喊。北方华创的软件工程中心总监付金生指出：付金生北方华创软件工程中心总监随着人工智能的快速发展，在新兴产业的推动下，我国半导体需求量稳步上升，已然成为全球半导体市场增长的主要动力。但目前我国半导体自给不足，产业发展滞后。考虑到半导体的应用发展和战略地位，我国必须打通半导体产业链各环节，发挥协同效应以促进半导体行业的持续繁荣。北方华创（NAURA）作为国内最大的半导体设备厂商之一，研发了刻蚀、清洗、薄膜、炉管等多种设备，极大带动了半导体技术的进步。为进一步提升设备产能，提升半导体自给率，促进半导体产业发展，亟需建立一套产能高、稳定性强的设备调度系统。在此希望各参赛队伍能够紧密结合赛题，站在应用层面进行解答。本次北方华创杯赛题是“半导体设备的智能排产系统”。赛题诚邀来自高校电子系，自动化系，计算机系，数学系，精仪系等多学科的有志青年，针对半导体设备产线上晶圆搬运机器人的智能调度中的三个棘手问题，建立数学模型，设计算法，并分析算法的有效性和复杂度，最终达到满足半导体生产中复杂需求的同时提升产能的效果。北方华创的技术专家将全程支持你，共同攻关。今天你在集创赛上的优异表现，可能就是明天半导体产业突破短板跻身领先的关键，北方华创杯期待你的参与与担当！北方华创科技集团股份有限公司是目前国内集成电路高端工艺装备的先进企业。公司秉承七星电子和北方微电子多年高科技研发实力，实现资源整合和优势互补，以科技创新为基点，着眼未来，致力于加快推进北方华创向新型制造业的战略转型；致力于成为国际领先的高端电子工艺装备和精密电子元器件两大基础电子产品服务商；致力于提升人类智能生活品质；致力于实现中国“智造强国”的梦想蓝图。北方华创主营半导体装备、真空装备、新能源锂电装备及精密元器件业务，为半导体、新能源、新材料等领域提供解决方案。公司现有四大产业制造基地，营销服务体系覆盖欧、美、亚等全球主要国家和地区。

北方华创杯

杯赛详情

杯赛题目:半导体设备的智能排产系统参赛组别：B组赛题内容：1. 赛题背景人工智能及相关技术的发展为工业的变革带来了新契机，其中智能排产技术在制造企业的生产过程发挥着十分重要的作用。特别是对于半导体设备，需要智能排产系统以提升加工晶圆的产量。但是，半导体设备的结构和晶圆的工艺流程十分复杂，这直接导致了晶圆在设备内不仅存在资源的竞争还会出现某些模块状态的改变和工艺模块更换等要求。以 NAURA 设备为例，设备中有多个搬运晶圆的机器人，这些搬运机器人根据不同的工艺需求将晶圆搬运到指定工艺模块加工，在晶圆经过某个模块后可能会导致该模块的状态发生变化进而影响后续晶圆的加工，并且当设备运行一段时间后某些工艺模块需要进行更换，而半导体设备要想正常运转又必须满足这些需求。因此，设计出既满足复杂需求又能提升产能的智能排产系统对半导体设备十分关键。2. 赛题描述假设有一半导体设备如图 1 所示:

图 1 半导体设备内部示意图设备内部各位置含义和要求解释如下:1) 仓库中有若干晶圆盒，晶圆盒里装有等待加工的晶圆，每个晶圆盒里最多可以装载 5 片晶圆，同一晶圆盒中晶圆的工艺一致。2) 晶圆装卸站:同时只能装载一个晶圆盒，不能直接装载晶圆。3) 晶圆合并站:同时最多可以装载 10 片晶圆，不能装载晶圆盒。4) 缓冲区:同时最多可以装载 10 片晶圆，不能装载晶圆盒。5) 晶圆加工站:· 同时最多可以装载 10 片晶圆，不能装载晶圆盒。· 晶圆在晶圆加工站进行加工，加工需耗费一定的时间。6) 晶圆盒运输车:在仓库和晶圆装卸站之间运输晶圆盒，同时只能运输一盒晶圆盒。7) 晶圆运输车 A:在晶圆装卸站和晶圆合并站之间运输晶圆，同时最多运输 5 片晶圆。8) 晶圆运输车 B:在晶圆合并站、缓冲区、晶圆加工站 A,B,C,D 之间运输晶圆，同时最多运输 10 片晶圆。9) 物流要求· 将晶圆盒运输到晶圆装载站。· 晶圆运输车将晶圆盒中的晶圆运输到晶圆合并站。· 晶圆盒运输车将晶圆盒运输回仓库。结合上述要求请你们团队建立数学模型，设计算法，并分析算法的有效性和复杂度，完成以下问题:问题 1：仓库中现有 12 个晶圆盒，每个晶圆盒均装满待加工晶圆，不同编号的晶圆盒中晶圆的工艺路径不同(相关数据详见附录)，这里工艺路径指晶圆在晶圆加工站 A,B,C,D 中的某些位置依次进行加工，晶圆在某一晶圆加工站完成加工后须立刻取走。所有晶圆须先经过缓冲区再进行工艺，完成工艺后无须经过缓冲区，直接回到晶圆合并站。请给出所有晶圆完成加工回到仓库的最短时间和设备内晶圆盒运输车、晶圆运输车 A、晶圆运输车 B 的运行轨迹和起止运行时间。问题 2：在问题 1 的基础上，将所有晶圆须先经过缓冲区再进行工艺的条件改为晶圆可以直接进行工艺也可以暂存于缓冲区，同时考虑晶圆加工站 B 在工作 60 分钟后需要暂停 10 分钟进行补给。请给出所有晶圆完成加工回到仓库的最短时间和设备内晶圆盒运输车、晶圆运输车 A、晶圆运输车 B 的运行轨迹和起止运行时间。问题 3：在问题 2 的基础上，考虑晶圆经过晶圆装卸站时的状态变化。当晶圆装卸站接受仓库的晶圆或晶圆装卸站将晶圆发往仓库时，晶圆装卸站的状态应为大气状态，而当晶圆装卸站将晶圆发往晶圆合并站或晶圆装卸站接受晶圆合并站的晶圆时，晶圆装卸站的状态应为真空状态。最初晶圆装卸站的状态均为大气状态，状态的转化需要 10 分钟，请给出所有晶圆完成加工回到仓库的最短时间和设备内晶圆盒运输车、晶圆运输车 A、晶圆运输车 B 的运行轨迹和起止运行时间。其他说明附表 1 不同编号晶圆盒中晶圆的工艺路径