300mm半导体工厂的AMHS系统.docx

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1、300mmm半导导体工厂厂的AMMHS系系统在半半导体制制造技术术高度发发达的今今天，3300mmm的半半导体工工厂已经经成为全全球半导导体行业业的主流流。由于于3000mm半半导体生生产线的的巨额投投入，人人们不得得不尽可可能的挖挖掘3000mmm工厂的的生产效效率，以以期得到到更大的的晶圆产产出。一一个功能能强大且且性能稳稳定的AAMHSS系统在在3000mm工工厂里扮扮演了一一个非常常重要的的角色。AMHHS系统统不仅可可以有效效的利用用宝贵的的洁净室室的生产产空间，并且还还可以提提高生产产设备的的利用率率，缩短短在制品品WIPP的Cyyclee Tiime，所以在在很多的的3000mm

2、的的半导体体工厂里里，AMMHS都都被视为为可以快快速提升升产能，增加生生产效率率的尖兵兵利器。AMHSS系统在在3000mm半半导体工工厂的应应用特点点和2000mm晶晶圆相比比，更大大的晶圆圆尺寸使使得单批批Lott的晶圆圆重量变变得更大大，仅凭凭在2000mmm工厂IIntrrabaay内的的人工搬搬运已经经远远无无法满足足3000mm工工厂的生生产要求求。因此此，在3300mmm的半半导体工工厂里，生产方方式的巨巨大变化化也给AAMHSS系统提提出了更更高的要要求。搬送方式式的巨大大进化首首先，是是AMHHS搬送送方式从从2000mm工工厂的SSEMII Auuto方方式到3300mm

3、m工厂厂Fulll AAutoo方式的的转变。如图11红色轨轨道所示示：在2200mmm工厂厂所采用用的Seemi Autto生产产方式中中的Waaferr搬送，只包括括中央区区域Innterrbayy的AMMHS搬搬送。而而Waffer到到生产设设备的部部分需要要人工搬搬送来完完成。而而在3000mmm工厂里里，由于于waffer自自身重量量的增加加，导致致人工搬搬送异常常困难，故由AAMHSS系统取取而代之之直接将将waffer搬搬送到生生产设备备，如图图1中的的蓝色轨轨道，这这即是FFulll Auuto的的作业方方式。这这种方式式极大减减轻了生生产一线线操作人人员的工工作强度度，同时时

4、又避免免了因人人为事故故而造成成的损失失。更为为重要的的是，在在工厂产产能迅速速提升的的过程中中，可以以满足大大规模搬搬送量的的AMHHS系统统的巨大大优势可可以完全全呈现。其次，是是Toool TTo TTooll直接搬搬送的全全厂性应应用。为为了进一一步的节节省FOOUP的的搬送时时间，3300mmm晶圆圆厂的AAMHSS系统必必须支持持Toool TTo TTooll的直接接搬送。这种搬搬送模式式可以使使得FOOUP不不必经过过存储设设备Sttockker的的中转，而直接接从上一一站的加加工设备备搬送到到下一站站的加工工设备。如图1所所示：在在没有TTooll Too Toool直直接搬

5、送送的工厂厂内，从从Toool AA到Toool B的搬搬送路径径为Toool ASStocckerr01Sttockker002TTooll B。但是在在具备TTooll Too Toool直直接搬送送功能的的工厂内内，如图图2所示示，从TTooll A到到Toool BB的搬送送路径为为Toool AAToool B。为了实现现这种TTooll Too Toool的的搬送功功能，在在AMHHS系统统设计的的时候，必须要要考虑到到Intterbbay和和Inttrabbay的的整合，工厂布布局，搬搬送车辆辆和Sttockker的的选择等等多种因因素。AMHHS系统统整体性性能的要要求稳定定性

6、：由由于全厂厂都在大大规模地地应用AAMHSS系统进进行Waaferr的搬送送，所以以一旦AAMHSS系统发发生故障障将导致致全厂性性的生产产设备因因没有可可供生产产的Waaferr而停止止生产，进而严严重影响响正常的的生产运运营。考考虑到在在3000mm半半导体工工厂内，AMHHS系统统的稳定定性将直直接关系系到工厂厂的生产产效率，工厂的的管理者者对于AAMHSS系统稳稳定性也也提出了了极其苛苛刻的要要求。高效性：与2000mmm半导体体工厂的的AMHHS系统统相比，3000mm工工厂的AAMHSS搬送量量有了十十倍以上上的增长长。在面面对巨大大搬送量量的时候候，如何何确保全全厂的搬搬送效率

7、率，在更更短的时时间内完完成Waaferr的搬送送，对于于AMHHS系统统而言是是一个巨巨大的挑挑战。同同时，AAMHSS系统搬搬送效率率的高低低，也将将直接影影响到生生产设备备的利用用率，故故在3000mmm半导体体工厂的的搬送时时间都是是以秒为为单位进进行计算算，且每每一秒钟钟的减少少，都需需要付出出更多的的精心设设计才可可实现。最大化的的利用生生产空间间在3000mmm工厂的的生产车车间内，洁净室室的空间间是极其其昂贵的的。而AAMHSS系统为为了解决决生产线线上所有有在制品品WIPP的存储储保管问问题，不不得不占占用大量量的面积积和空间间。如何何在满足足存储和和搬送要要求的前前提下，最

8、大化化的节省省所占用用的面积积空间，是AMMHS系系统必须须面对的的一个难难题。在2000mm半半导体工工厂的AAMHSS系统中中，为了了尽可能能的利用用洁净室室的面积积，提高高单位占占地面积积的Waaferr存储量量，比较较经常采采用的方方式是提提升Sttockker中中央区域域的天花花板高度度，并采采用更高高的Sttockker型型号，这这种方式式一般可可以增加加20%300%的wwafeer存储储量。在3000mm半半导体工工厂的AAMHSS系统中中，比较较常用的的方式是是使用UUTS(Undder Traack Stooragge)，一种可可以将WWafeer存放放在天花花板下方方空中

9、的的装置，由于UUTS可可以不占占用洁净净室的地地面面积积，有效效地利用用了洁净净室的空空中区域域，所以以这种解解决方案案在3000mmm半导体体工厂里里的应用用非常广广泛，如如图3所所示。AMHSS系统的的柔性设设计在3000mm半半导体工工厂内，搬送轨轨道遍布布整个车车间，构构成了巨巨大且复复杂的网网络拓扑扑结构。虽然单单个车辆辆个体或或单一合合分流的的节点发发生故障障，对于于轨道控控制系统统不会产产生大的的影响，但是这这种单点点故障若若发生在在交通繁繁忙的路路段，或或者较长长时间不不能解决决的时候候，将会会产生严严重的交交通拥塞塞，并导导致整体体搬送效效率急速速下降，从而影影响到整整个工

10、厂厂的生产产。因此，3300mmm的AAMHSS轨道控控制系统统必须具具备故障障自我侦侦测和自自我调整整的柔性性特点。当某单单一的轨轨道节点点发生故故障，轨轨道控制制系统可可以自动动调节系系统的运运行参数数，动态态响应故故障激励励，及时时调整所所有搬送送车辆的的运行路路线，并并通知系系统管理理人员进进行紧急急故障处处理等功功能。AMHSS系统的的性能分分析和影影响因素素由于AAMHSS系统属属于较复复杂的多多元非线线性系统统，传统统的控制制理论很很难对其其进行准准确的分分析和性性能优化化。为了了对AMMHS系系统进行行优化改改善，首首先需要要确定可可以准确确反映AAMHSS系统性性能的指指标参

11、数数，并在在此基础础上对那那些关键键性因素素进行模模拟分析析得出优优化方向向，进而而在AMMHS系系统的实实际运行行中加以以验证，从而得得到预期期的优化化效果。分析AMMHS系系统性能能的重要要指标在在对AMMHS系系统进行行性能分分析的时时候，一一般会从从以下两两个方面面进行判判断：稳稳定性：MTBBF和MMTTRR是在衡衡量系统统稳定性性方面最最常用到到的两个个参数。MTBBF(MMeann Tiime Bettweeen FFailluree)表示示系统硬硬件的故故障频率率，这个个数据越越低，表表示系统统的硬件件越稳定定，故障障率越低低。而MMTTRR(Meean Timme TTo R

12、Repaair)表示系系统硬件件发生故故障时候候的修复复时间，这个数数据越低低，表示示系统硬硬件的可可修复能能力越高高，可在在线使用用的能力力越高。高效性：在衡量量AMHHS系统统的搬送送效率的的时候，平均搬搬送时间间和三西西格玛的的搬送时时间是最最常用到到的两个个指标。平均搬搬送时间间是指在在某单位位时间段段内完成成的所有有搬送任任务的平平均搬送送时间，而三西西格玛的的搬送时时间则是是借用了了统计学学上的一一个概念念：即在在三西格格玛的搬搬送时间间内完成成的搬送送任务的的数量占占到总体体搬送量量的三西西格玛（99.97%）。在在Fulll AAutoo作业模模式下的的这两个个指标将将直接关关

13、系到生生产设备备能否保保证较高高的生产产利用率率，甚至至会影响响到Waaferr的Cyyclee Tiime。因此，大部分分3000mm工工厂的管管理者对对于这个个性能指指标都会会设定极极其严格格的标准准。影响AMMHS系系统搬送送性能的的主要因因素通常常，影响响AMHHS系统统搬送性性能的因因素可以以从AMMHS系系统的硬硬件特性性和系统统控制软软件两方方面去分分析。首先，系系统的硬硬件因素素主要考考虑以下下几点：OHTT行走速速度和加加速度：OHTT的行走走速度和和加速度度是影响响AMHHS系统统整体运运行效率率的重要要参数。更高的的行走速速度和加加速度可可以有效效地降低低单次搬搬送的时时

14、间；但但是当AAMHSS系统的的搬送任任务过于于频繁的的时候，OHTT本身会会遇到经经常性的的临时停停车，这这个时候候过高的的速度和和加速度度反而会会增加OOHT车车体本身身的负担担，加快快OHTT车体的的磨损。因此，大部分分的AMMHS系系统制造造商都会会根据实实际情况况设定最最佳的行行车速度度，而不不是盲目目的追求求更高的的行走速速度。OHT的的升降马马达的运运行速度度：OHHT的升升降马达达主要是是用来将将FOUUP从轨轨道高度度的位置置下降放放置于生生产设备备的Poort上上或者反反之将FFOUPP从设备备的Poort上上传送到到OHTT上。因因此，升升降马达达的运行行速度也也会影响响

15、AMHHS系统统整体的的搬送时时间，但但考虑到到生产设设备操作作人员的的安全问问题，升升降马达达的速度度一般不不会设置置过高。轨道的设设计和布布局：轨轨道的设设计模式式和拓扑扑布局是是影响AAMHSS系统搬搬送效率率的关键键因素。在设计计轨道拓拓扑布局局的时候候，需要要考虑到到OHTT行走路路线的优优化、最最短路径径的设计计、轨道道通行的的冗余能能力、OOHT交交汇路口口的设计计等问题题。一个个优秀的的轨道布布局设计计，不仅仅可以缩缩短OHHT的行行走路程程，还可可以提高高轨道整整体的冗冗余能力力，增加加在单点点发生故故障时候候轨道系系统的健健壮性。其次，系系统的软软件方面面主要考考虑以下下几

16、个因因素：OOHT行行走路径径的选择择：OHHT在出出发至目目的地之之前需要要确定最最优的行行走路线线，以便便尽可能能的减少少搬送时时间。在在分析比比较各种种不同行行走路径径的时候候，通常常需要考考虑每条条行走路路径实际际的行走走距离；路途障障碍物的的数量；中途交交汇路口口的数量量；路径径中途有有无单点点故障发发生等因因素。同同时，当当OHTT行走路路径确定定后出发发的时候候，如果果有影响响到路径径选择的的意外事事件发生生，OHHT可以以重新计计算最优优路径，并动态态改变之之前的行行走路径径。最佳OHHT的搜搜索逻辑辑：OHHT的搜搜索逻辑辑是用来来确定当当某一个个站点有有搬送请请求发生生的时

17、候候，AMMHS系系统如何何选择最最优的OOHT来来完成这这个搬送送任务。一般而而言，如如果仅仅仅认为只只要是距距离最近近的没有有任务的的空车就就是最优优的OHHT，那那是不完完全正确确的。若若考虑到到更加复复杂的情情况，即即当多个个站点都都发生了了搬送请请求事件件的时候候，如何何确定多多站点的的最优OOHT，并且加加上允许许改变之之前有搬搬送指令令的空车车的搬送送指令的的条件，则需要要一个复复杂算法法的帮助助才能真真正确定定系统整整体的最最优选择择。不过过可惜的的是，复复杂算法法通常会会消耗控控制系统统大量的的CPUU资源，且更易易导致控控制系统统的不稳稳定。故故在实际际工厂的的应用中中，无

18、法法确定对对于系统统整体搬搬送最优优的OHHT。轨道交通通的控制制逻辑：交通控控制主要要是解决决在OHHT行走走至交汇汇路口时时的优先先通行问问题。使使排队等等待通过过交汇路路口的所所有OHHT车辆辆有序且且高效的的通行是是轨道交交通控制制最主要要的目的的。但在在大部分分情况下下，考虑虑到控制制程序的的稳定性性，设计计人员通通常仍会会舍弃更更为智能能化的控控制逻辑辑而采用用逻辑简简单容易易操作的的交通控控制程序序。AMHSS系统所所面临的的挑战和和未来的的发展趋趋势在220077 SEEMICCON Taiiwann的高峰峰论坛上上，TSSMC发发表了未未来五年年内建设设启用4450mmm半导

19、导体工厂厂的豪言言壮语。随着更更多的半半导体制制造商的的积极投投入，4450mmm半导导体工厂厂似乎将将不再遥遥远。到到那时，AMHHS系统统在4550mmm半导体体工厂的的生产过过程中将将发挥更更加重要要的作用用，同时时也会面面临更为为严峻的的挑战。AMHHS系统统的使用用者和管管理人员员提出的的每一个个近乎于于苛刻的的要求，对于AAMHSS系统的的设计开开发人员员来说，都将是是技术进进步的动动力来源源和未来来的挑战战方向。1）在4450mmm半导导体工厂厂内，虽虽然Waaferr尺寸仅仅仅增加加1.55倍，但但Waffer重重量却增增加2.25倍倍。为了了适应重重量更重重的Waaferr的

20、搬送送，AMMHS的的制造商商将不得得不对OOHT的的负载能能力，轨轨道强度度，厂房房结构等等多方面面进行重重新计算算评估，并相应应的提高高AMHHS系统统的硬件件性能。2）对于于尺寸更更大的WWafeer，若若采用传传统Sttockker的的存储方方式，必必将浪费费更多的的洁净室室空间。因此，UTSS系统对对于洁净净室地面面面积零零占用的的特点必必将受到到半导体体工厂的的青睐。开发出出性能稳稳定，存存储量大大的UTTS系统统，将是是AMHHS系统统制造商商的一个个重要课课题，也也是在未未来商业业竞争中中获胜的的重要因因素。3）随着着半导体体工厂对对AMHHS系统统依赖性性的日益益趋重，工厂管管理者会会越来越越不能容容忍AMMHS系系统任何何情况下下的停机机：即使使AMHHS系统统的底层层参数更更改，轨轨道硬件件变更，控制系系统的升升级等工工作都被被要求在在Onllinee不停机机的情况况下完成成。对于于AMHHS系统统制造商商而言，设计出出永不停停止的AAMHSS系统将将成为必必需。