1、300mm 半導體工廠的 AMHS 系統在半導體制造技術高度發達的今天， 300mm 的半導體工廠已經成為全球半導體行業的 主流。由于 300mm 半導體生產線的巨額投入，人們不得不盡可能的挖掘 300mm 工廠 的生產效率，以期得到更大的晶圓產出。一個功能強大且性能穩定的 AMHS 系統在 300mm 工廠里扮演了一個非常重要的角色。 AMHS 系統不僅可以有效的利用寶貴的潔 凈室的生產空間， 并且還可以提高生產設備的利用率， 縮短在制品 WIP 的 Cycle Time ， 所以在很多的 300mm 的半導體工廠里， AMHS 都被視為可以快速提升產能， 增加生產 效率的尖兵利器。AMHS

2、 系統在 300mm 半導體工廠的應用特點和 200mm 晶圓相比，更大的晶圓尺寸使得單批 Lot 的晶圓重量變得更大，僅憑在 200mm 工廠 Intrabay 內的人工搬運已經遠遠無法滿足 300mm 工廠的生產要求。 因此， 在 300mm 的半導體工廠里， 生產方式的巨大變化也給 AMHS 系統提出了更高的要求。搬送方式的巨大進化首先，是 AMHS 搬送方式從 200mm 工廠的 SEMI Auto 方式到 300mm 工廠 Full Auto 方式的轉變。 如圖 1 紅色軌道所示： 在 200mm 工廠所采用的 Semi Auto 生產方式中的 Wafer 搬送，只包括中央區域 In

3、terbay 的 AMHS 搬送。而 Wafer 到生產設備的部分需 要人工搬送來完成。而在 300mm 工廠里，由于 wafer 自身重量的增加，導致人工搬送 異常困難，故由 AMHS 系統取而代之直接將 wafer 搬送到生產設備，如圖 1 中的藍色 軌道，這即是 Full Auto 的作業方式。這種方式極大減輕了生產一線操作人員的工作強 度， 同時又避免了因人為事故而造成的損失。更為重要的是， 在工廠產能迅速提升的過程中，可以滿足大規模搬送量的 AMHS 系統的巨大優勢可以完全呈現。其次，是Tool To Tool直接搬送的全廠性應用。為了進一步的節省 FOUP的搬送時間，300mm 晶

4、圓廠的 AMHS 系統必須支持 Tool To Tool 的直接搬送。這種搬送模式可以 使得 FOUP 不必經過存儲設備 Stocker 的中轉，而直接從上一站的加工設備搬送到下 一站的加工設備。如圖1所示：在沒有Tool To Tool直接搬送的工廠內， 從Tool A到Tool B的搬送路徑 為 Tool A tStockerOI Stocker02 Tool B 。但是在具備 Tool To Tool 直接搬送功能 的工廠內，如圖 2所示，從Tool A到Tool B的搬送路徑為 Tool A tTool B。為了實現這種Tool To Tool的搬送功能，在 AMHS系統設計的時候，必

5、須要考慮到 In terbay和In trabay的整合，工廠布局，搬送車輛和Stocker的選擇等多種因素。AMHS系統整體性能的要求穩定性：由于全廠都在大規模地應用AMHS系統進行 Wafer的搬送，所以一旦 AMHS系統發生故障將導致全廠性的生產設備因沒有可供生產的Wafer而停止生產，進而嚴重影響正常的生產運營。 考慮到在300mm半導體工廠內，AMHS系統的穩定性將直接 關系到工廠的生產效率，工廠的管理者對于AMHS系統穩定性也提出了極其苛刻的要求。高效性：與200mm半導體工廠的 AMHS系統相比，300mm工廠的AMHS搬送量有 了十倍以上的增長。 在面對巨大搬送量的時候，如何確

6、保全廠的搬送效率，在更短的時間內完成 Wafer的搬送，對于 AMHS系統而言是一個巨大的挑戰。同時，AMHS系統搬送效率的高低，也將直接影響到生產設備的利用率，故在300mm半導體工廠的搬送時間都是以秒為單位進行計算，且每一秒鐘的減少， 都需要付出更多的精心設計才可實現。最大化的利用生產空間在300mm工廠的生產車間內，潔凈室的空間是極其昂貴的。而AMHS系統為了解決生產線上所有在制品 WIP的存儲保管問題，不得不占用大量的面積和空間。如何在滿 足存儲和搬送要求的前提下，最大化的節省所占用的面積空間，是AMHS系統必須面對的一個難題。在200mm半導體工廠的AMHS系統中，為了盡可能的利用潔

7、凈室的面積，提高單位 占地面積的Wafer存儲量，比較經常采用的方式是提升 Stocker中央區域的天花板高度， 并采用更高的Stocker型號，這種方式一般可以增加20%30%的wafer存儲量。在300mm半導體工廠的 AMHS系統中，比較常用的方式是使用UTS(Under TrackStorage)，一種可以將 Wafer存放在天花板下方空中的裝置，由于UTS可以不占用潔凈室的地面面積，有效地利用了潔凈室的空中區域，所以這種解決方案在 300mm半導體工廠里的應用非常廣泛，如圖3所示。UTS有效地利用了潔凈窒的空中區域圖! huu:wwcont u的a 2tX)_anhi.dmAMHS系

8、統的柔性設計在300mm半導體工廠內，搬送軌道遍布整個車間， 構成了巨大且復雜的網絡拓撲結構。 雖然單個車輛個體或單一合分流的節點發生故障，對于軌道控制系統不會產生大的影 響，但是這種單點故障若發生在交通繁忙的路段，或者較長時間不能解決的時候，將會產生嚴重的交通擁塞，并導致整體搬送效率急速下降，從而影響到整個工廠的生產。因此，300mm的AMHS軌道控制系統必須具備故障自我偵測和自我調整的柔性特點。 當某單一的軌道節點發生故障， 軌道控制系統可以自動調節系統的運行參數， 動態響應 故障激勵， 及時調整所有搬送車輛的運行路線， 并通知系統管理人員進行緊急故障處理 等功能。AMHS 系統的性能分析

9、和影響因素由于 AMHS 系統屬于較復雜的多元非線性系統，傳統的控制理論很難對其進行準確的 分析和性能優化。 為了對 AMHS 系統進行優化改善， 首先需要確定可以準確反映 AMHS 系統性能的指標參數， 并在此基礎上對那些關鍵性因素進行模擬分析得出優化方向， 進 而在 AMHS 系統的實際運行中加以驗證，從而得到預期的優化效果。分析 AMHS 系統性能的重要指標在對 AMHS 系統進行性能分析的時候，一般會從以下兩個方面進行判斷：穩定性： MTBF 和 MTTR 是在衡量系統穩定性方面最常用到的兩個參數。 MTBF(Mean Time Between Failure) 表示系統硬件的故障頻率

10、， 這個數據越低， 表示系統的硬件越穩 定，故障率越低。而 MTTR(Mean Time To Repair) 表示系統硬件發生故障時候的修復 時間，這個數據越低，表示系統硬件的可修復能力越高，可在線使用的能力越高。高效性：在衡量 AMHS 系統的搬送效率的時候，平均搬送時間和三西格瑪的搬送時間 是最常用到的兩個指標。 平均搬送時間是指在某單位時間段內完成的所有搬送任務的平 均搬送時間， 而三西格瑪的搬送時間則是借用了統計學上的一個概念： 即在三西格瑪的 搬送時間內完成的搬送任務的數量占到總體搬送量的三西格瑪(99.97% )。在 Full Auto作業模式下的這兩個指標將直接關系到生產設備能

11、否保證較高的生產利用率， 甚至會影 響到 Wafer 的 Cycle Time 。因此，大部分 300mm 工廠的管理者對于這個性能指標都 會設定極其嚴格的標準。影響 AMHS 系統搬送性能的主要因素通常， 影響 AMHS 系統搬送性能的因素可以從 AMHS 系統的硬件特性和系統控制軟件 兩方面去分析。首先，系統的硬件因素主要考慮以下幾點：OHT 行走速度和加速度： OHT 的行走速度和加速度是影響 AMHS 系統整體運行效率 的重要參數。 更高的行走速度和加速度可以有效地降低單次搬送的時間； 但是當 AMHS 系統的搬送任務過于頻繁的時候， OHT 本身會遇到經常性的臨時停車，這個時候過高

12、的速度和加速度反而會增加 OHT 車體本身的負擔，加快 OHT 車體的磨損。因此，大 部分的 AMHS 系統制造商都會根據實際情況設定最佳的行車速度，而不是盲目的追求 更高的行走速度。OHT 的升降馬達的運行速度： OHT 的升降馬達主要是用來將 FOUP 從軌道高度的位置 下降放置于生產設備的 Port 上或者反之將 FOUP 從設備的 Port 上傳送到 OHT 上。因 此，升降馬達的運行速度也會影響 AMHS 系統整體的搬送時間，但考慮到生產設備操 作人員的安全問題，升降馬達的速度一般不會設置過高。軌道的設計和布局：軌道的設計模式和拓撲布局是影響 AMHS 系統搬送效率的關鍵因 素。 在

13、設計軌道拓撲布局的時候， 需要考慮到 OHT 行走路線的優化、 最短路徑的設計、 軌道通行的冗余能力、 OHT 交匯路口的設計等問題。一個優秀的軌道布局設計，不僅可以縮短 OHT 的行走路程，還可以提高軌道整體的冗余能力，增加在單點發生故障時 候軌道系統的健壯性。其次，系統的軟件方面主要考慮以下幾個因素：OHT 行走路徑的選擇： OHT 在出發至目的地之前需要確定最優的行走路線，以便盡可 能的減少搬送時間。 在分析比較各種不同行走路徑的時候， 通常需要考慮每條行走路徑 實際的行走距離； 路途障礙物的數量； 中途交匯路口的數量； 路徑中途有無單點故障發 生等因素。同時，當 OHT 行走路徑確定后

14、出發的時候，如果有影響到路徑選擇的意外 事件發生， OHT 可以重新計算最優路徑，并動態改變之前的行走路徑。最佳 OHT 的搜索邏輯： OHT 的搜索邏輯是用來確定當某一個站點有搬送請求發生的時 候， AMHS 系統如何選擇最優的 OHT 來完成這個搬送任務。一般而言，如果僅僅認為 只要是距離最近的沒有任務的空車就是最優的OHT ，那是不完全正確的。若考慮到更加復雜的情況，即當多個站點都發生了搬送請求事件的時候，如何確定多站點的最優 OHT ，并且加上允許改變之前有搬送指令的空車的搬送指令的條件，則需要一個復雜 算法的幫助才能真正確定系統整體的最優選擇。 不過可惜的是， 復雜算法通常會消耗控

15、制系統大量的 CPU 資源，且更易導致控制系統的不穩定。故在實際工廠的應用中，無 法確定對于系統整體搬送最優的OHT 。軌道交通的控制邏輯：交通控制主要是解決在 OHT 行走至交匯路口時的優先通行問題。使排隊等待通過交匯路口的所有 OHT 車輛有序且高效的通行是軌道交通控制最主要的 目的。 但在大部分情況下， 考慮到控制程序的穩定性， 設計人員通常仍會舍棄更為智能 化的控制邏輯而采用邏輯簡單容易操作的交通控制程序。AMHS 系統所面臨的挑戰和未來的發展趨勢在 2007 SEMICON Taiwan 的高峰論壇上， TSMC 發表了未來五年內建設啟用 450mm 半導體工廠的豪言壯語。隨著更多的

16、半導體制造商的積極投入， 450mm 半導體工廠似 乎將不再遙遠。 到那時， AMHS 系統在 450mm 半導體工廠的生產過程中將發揮更加重 要的作用，同時也會面臨更為嚴峻的挑戰。 AMHS 系統的使用者和管理人員提出的每 一個近乎于苛刻的要求，對于 AMHS 系統的設計開發人員來說，都將是技術進步的動 力來源和未來的挑戰方向。1 ）在 450mm 半導體工廠內，雖然 Wafer 尺寸僅僅增加 1.5 倍，但 Wafer 重量卻增加 2.25 倍。為了適應重量更重的 Wafer 的搬送， AMHS 的制造商將不得不對 OHT 的負 載能力，軌道強度，廠房結構等多方面進行重新計算評估，并相應的提高 AMHS 系統 的硬件性能。2 ）對于尺寸更大的 Wafer ，若采用傳統 Stocker 的存儲方式，必將浪費更多的潔凈室 空間。因