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半导体产业的繁荣离不开半导体制造业的发展，而在这庞大的制造系统之中，难度系数最大的当属硅片的加工，其通常被称为半导体硅片加工生产线，简称半导体生产线[1]。硅片的加工需要经过许多复杂的加工机器，主要工作是对硅片进行一系列物理与化学加工以生成其所需的电路层。加工过程包括：氧化，光刻，刻蚀，注入，扩散等。半导体制造的原材料称为硅衬底，是一种基本不具有导电性的半导体。氧化工艺的目的主要是在硅衬底表面形成一层与其紧密结合的氧化硅薄膜，该薄膜可以起到器件的保护与隔离，表面钝化，掺杂阻拦的作用。光刻工艺是在需要保留二氧化硅薄膜的部分覆盖光刻胶，曝露需要刻蚀的部分，从而可以在硅表面形成需要的图形。刻蚀工艺指用物理或者化学的方法有选择得从硅表面去除多余材料的过程，刻蚀可以看做是在硅片上复制所需图形的最后步骤。注入工艺指将三价或五价元素注入到曝露处的硅衬底中，因为为了改善硅衬底的导电性能，必须在其中掺杂才能将其由本征半导体变为有用的半导体，掺入三价元素变成P型半导体，掺入五价元素变成N型半导体。最后是扩散工艺，使得注入硅中的元素分布均匀形成所需的P型或N型硅区域[4]。
1.1.1 半导体生产线的特点
传统的制造系统的典型代表有作业车间（Job-Shop）和流水车间（Flow-Shop），其中的作业车间指同时有多种工件在加工，每类工件的工艺流程确定，每个工序在指定的设备上加工且不同工件的工序之间没有顺序约束的车间形式，其优化目标在于确定每台设备上工件的加工顺序。流水车间指的是所有的工件具有相同的单向工艺流程，要在每台设备上加工且不出现回访设备的车间形式，其优化目标在于确定工件在每台设备上的加工顺序。相比较上述两种模式，半导体生产线有许多明显的特征[2]：
a) 多重入加工流程
半导体生产线中工件会重新访问已经访问过的同一台加工设备的特性，称为重入性（Re-entrant）[3]，在作业车间中，可能也会存在工件多次访问同一台设备的情况，但是这种现象并不严重，而重入是半导体制造系统的本质，是半导体生产线有别于Job-shop和Flow-shop系统的重要特点。原因主要有两个，一是半导体元件的结构具有层次性且其中每一层的生产方式都是相同的，区别只是在于加入的材料与加工精度；二是半导体加工设备价格昂贵，企业出于效益的考虑，必然要使设备利用率最大化，这便导致了重入现象的发生。在这样的背景下，系统设备需要加工的工件数大大增加，产品种类，产品数量，产品加工步骤和加工工艺也都更为复杂，这些因素都很大程度上提高了半导体生产线调度的难度[3]。
b) 混合加工模式
半导体生产线上不同的加工设备可以按照功能类型的相同性或相似性安放在一起，组成数个设备群，群内设备具有特定的互换性，即有些设备之间是可完全互相替代的，有些设备之间只对某些工序具有互换性。设备的加工方式主要有四种，即单片加工，串行批量加工，单卡并行批量加工，多卡并行批量加工。其中，多卡并行批量加工指加工设备一次加工多个工件，它改变了经典调度问题中一台设备单次只能加工单个工件的做法，这也是半导体生产线调度问题与传统制造系统调度的重要区别之一[15]。
c) 工艺流程复杂
半导体生产线加工工艺流程因产品不同而不同，不同工艺流程包含的工序从几十个到几百个不等，这就导致了半导体生产线平均加工周期有较大的分散性，少则十几天多则几十天。此外，半导体生产线中可能存在着多个订单，每个订单可能包含不同种类的产品，再加上工艺流程中存在着重入现象，在制品对于加工设备的使用权竞争很激烈，这增加了半导体生产线加工流程以及调度程序的复杂度。
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