·262· 工程科学学报，第41卷，第2期 analysis results,the best strategy of system crossovers was summarized.By comparing the proposed system with the existing system and transportation strategy,the effectiveness of the strategy in reducing cost and WIP was confirmed. KEY WORDS wafer fabrications;crossover-optimization;automatic material handling system;retrial queuing model;interbay sys- tem 自动化物料运输系统(automatic material han- 然而以上文献在进行晶圆搬运系统分析的时 dling system,AMHS)作为品圆制造的重要组成部 候，基本没有考虑提出基于带传送系统缓存容量约 分，对其进行优化研究具有重要意义.经由制造控 束的优化问题，同时对于无法进入intrabay的在制 制系统的调控，AMHS具有运输快速、准确、灵活等 品只能通过interbay闭环传送带搬运，降低了效率. 特点，同时还可以提高晶圆的品质，减少由于搬运中 为此，选取interbay为研究对象，基于利用捷径进行 震动带来的问题).AMHS能有效减少生产周期时 快速重试的晶圆搬运规则，建立系统总的加工在制 间、增加设备使用率，从而提高整个生产流程的绩 品数量以及捷径使用成本的数学表达关系式，结合 效.因此，一个性能稳定且搬运效率高的AMHS在 考虑各处传送带对系统的约束，建立相应的数学模 晶圆制造系统中扮演着一个非常重要的角色.随着 型，对系统进行综合的分析和优化，获得相应的综合 品圆制造技术的发展，晶圆尺寸不断扩大，450mm 性最优的捷径使用策略 直径品圆的出现将使目前的高空提升运输车(over- 1系统描述 head hoist transporter,OHT)不能满足晶圆搬运需 求[2)，而基于带传送的连续物料搬运方式(continual 选取的系统是基于传送带连续流动搬运方式 flow transporter,CFT),将成为下一代晶圆制造中最 (C℉T)的对称脊柱式布局的晶圆生产系统，晶圆制 有效的一种自动物料搬运方式) 造的AMHS主要由Interbay与Intrabay两部分组成， 针对CFT的AMHS系统的研究主要从系统模 即中央布置基于带传输的封闭式Interbay,上下两侧 型分析以及系统性能优化两个方面进行.在模型分 分布着同样基于带传输的封闭式ntrabay.两者之 析方面，Bozer和Hsieh提出了一种基于CFT系统 间通过品舟存储柜(Stockers)来实现两者之间晶舟 的闭环传送带分析模型，可以有效求解系统的期望 的交换及暂存.而由于晶圆制造系统中设备复杂、 运输能力及在制品数量.Nazzal等[)提出了符合晶 产品数量众多、反复重入型的制造过程使得Inter- 圆制造环境的CT系统的分析模型.为了更贴近实 bay物料搬运系统承担了较重的搬运负荷，所以结 际的晶圆生产系统，其又在上述分析模型中加入了 合重试排队理论中重试率与队列长的关系，提出利 捷径的设置，得到的模型能较理想的反映了CFT系 用捷径进行快速的重试搬运.在该规则下，无法进 统的运行情况[.Zhou和Chen7-8]分析了传送带 入intrabay的品圆将通过使用捷径选择最短的路径 转向装置服务时间变动下的捷径问题，并考虑集合 运输以达到尽快进行下次重试的目的.以具有2m interbay系统与intrabay系统，将性能分析模型从in- 个Intrabay系统为例，其整体结构如图1所示，其 terbay系统扩展到完整的整体式晶圆连续物料搬运 中，n≤2m. 系统.在系统性能优化方面，许多研究集中于研究 针对该系统，在每个intrabay的人口处设置与 如何降低运输距离、运输成本以及运输时间.Wang interbay中传送带方向一致的捷径，并进行如下的假 等[9-o]提出了在intrabay系统中考虑将调度规则与 设：(I)所有的intrabay设备组之间的运输流量需 转向捷径结合的方法来提升搬运的性能.Hong 求以从至表表示，每个intrabay设备组晶舟到达过 等基于捷径布局优化目标提出了以在制品数量 程服从泊松过程a];(2)每个intrabay的进口处都 最小化为目标的数学模型，并运用多种启发式算法 有一个缓冲区，假设缓冲区容量为1，所有需要进入 对其进行优化分析.Lasrado与Nazzal[2]在此基础 该intrabay的晶舟会首先尝试转入缓冲区，如果缓 上提出了对捷径使用优化的数学模型，并分析了不 冲区满，则晶舟进入重试环路循环运输直到成功为 同搬运强度下的最优捷径策略.周炳海等]在此 止：(3)所有进入重试循环运输的晶舟都会选择最 基础上提出将interbay系统设置成具有相反运输路 短的重试路径：(4)每个intrabay的出口处也有一 径的内外圈结构，内外圈间以捷径进行连接，以达到 个缓冲区，假设缓冲区容量无限制，其主要作用是控 更快的搬运速度，并对该模型进行了性能分析和仿 制intrabay之间的流量：(5)传送带可以根据其长 真实验比较. 度划分为相同尺寸的片段，每一片段可以容纳一个工程科学学报,第 41 卷,第 2 期 analysis results, the best strategy of system crossovers was summarized. By comparing the proposed system with the existing system and transportation strategy, the effectiveness of the strategy in reducing cost and WIP was confirmed. KEY WORDS wafer fabrications; crossover鄄optimization; automatic material handling system; retrial queuing model; interbay sys鄄 tem 自动化物料运输系统( automatic material han鄄 dling system,AMHS) 作为晶圆制造的重要组成部 分,对其进行优化研究具有重要意义. 经由制造控 制系统的调控,AMHS 具有运输快速、准确、灵活等 特点,同时还可以提高晶圆的品质,减少由于搬运中 震动带来的问题[1] . AMHS 能有效减少生产周期时 间、增加设备使用率,从而提高整个生产流程的绩 效. 因此,一个性能稳定且搬运效率高的 AMHS 在 晶圆制造系统中扮演着一个非常重要的角色. 随着 晶圆制造技术的发展,晶圆尺寸不断扩大,450 mm 直径晶圆的出现将使目前的高空提升运输车( over鄄 head hoist transporter, OHT) 不能满足晶圆搬运需 求[2] ,而基于带传送的连续物料搬运方式(continual flow transporter, CFT),将成为下一代晶圆制造中最 有效的一种自动物料搬运方式[3] . 针对 CFT 的 AMHS 系统的研究主要从系统模 型分析以及系统性能优化两个方面进行. 在模型分 析方面,Bozer 和 Hsieh [4]提出了一种基于 CFT 系统 的闭环传送带分析模型,可以有效求解系统的期望 运输能力及在制品数量. Nazzal 等[5] 提出了符合晶 圆制造环境的 CFT 系统的分析模型. 为了更贴近实 际的晶圆生产系统,其又在上述分析模型中加入了 捷径的设置,得到的模型能较理想的反映了 CFT 系 统的运行情况[6] . Zhou 和 Chen [7鄄鄄8] 分析了传送带 转向装置服务时间变动下的捷径问题,并考虑集合 interbay 系统与 intrabay 系统,将性能分析模型从 in鄄 terbay 系统扩展到完整的整体式晶圆连续物料搬运 系统. 在系统性能优化方面,许多研究集中于研究 如何降低运输距离、运输成本以及运输时间. Wang 等[9鄄鄄10]提出了在 intrabay 系统中考虑将调度规则与 转向捷径结合的方法来提升搬运的性能. Hong 等[11]基于捷径布局优化目标提出了以在制品数量 最小化为目标的数学模型,并运用多种启发式算法 对其进行优化分析. Lasrado 与 Nazzal [12] 在此基础 上提出了对捷径使用优化的数学模型,并分析了不 同搬运强度下的最优捷径策略. 周炳海等[13] 在此 基础上提出将 interbay 系统设置成具有相反运输路 径的内外圈结构,内外圈间以捷径进行连接,以达到 更快的搬运速度,并对该模型进行了性能分析和仿 真实验比较. 然而以上文献在进行晶圆搬运系统分析的时 候,基本没有考虑提出基于带传送系统缓存容量约 束的优化问题,同时对于无法进入 intrabay 的在制 品只能通过 interbay 闭环传送带搬运,降低了效率. 为此,选取 interbay 为研究对象,基于利用捷径进行 快速重试的晶圆搬运规则,建立系统总的加工在制 品数量以及捷径使用成本的数学表达关系式,结合 考虑各处传送带对系统的约束,建立相应的数学模 型,对系统进行综合的分析和优化,获得相应的综合 性最优的捷径使用策略. 1 系统描述 选取的系统是基于传送带连续流动搬运方式 (CFT)的对称脊柱式布局的晶圆生产系统,晶圆制 造的 AMHS 主要由 Interbay 与 Intrabay 两部分组成, 即中央布置基于带传输的封闭式 Interbay,上下两侧 分布着同样基于带传输的封闭式 Intrabay. 两者之 间通过晶舟存储柜(Stockers)来实现两者之间晶舟 的交换及暂存. 而由于晶圆制造系统中设备复杂、 产品数量众多、反复重入型的制造过程使得 Inter鄄 bay 物料搬运系统承担了较重的搬运负荷,所以结 合重试排队理论中重试率与队列长的关系,提出利 用捷径进行快速的重试搬运. 在该规则下,无法进 入 intrabay 的晶圆将通过使用捷径选择最短的路径 运输以达到尽快进行下次重试的目的. 以具有 2m 个 Intrabay 系统为例,其整体结构如图 1 所示,其 中,n臆2m. 针对该系统,在每个 intrabay 的入口处设置与 interbay 中传送带方向一致的捷径,并进行如下的假 设:(1) 所有的 intrabay 设备组之间的运输流量需 求以从至表表示,每个 intrabay 设备组晶舟到达过 程服从泊松过程[4] ;(2) 每个 intrabay 的进口处都 有一个缓冲区,假设缓冲区容量为 1,所有需要进入 该 intrabay 的晶舟会首先尝试转入缓冲区,如果缓 冲区满,则晶舟进入重试环路循环运输直到成功为 止;(3) 所有进入重试循环运输的晶舟都会选择最 短的重试路径;(4) 每个 intrabay 的出口处也有一 个缓冲区,假设缓冲区容量无限制,其主要作用是控 制 intrabay 之间的流量;(5) 传送带可以根据其长 度划分为相同尺寸的片段,每一片段可以容纳一个 ·262·