300mm半导体工厂的AMHS系统3213.docx

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1、300mmm半导体工工厂的AMMHS系统统在半导体体制造技术术高度发达达的今天，300mm的半导体工厂已经成为全球半导体行业的主流。由于300mm半导体生产线的巨额投入，人们不得不尽可能的挖掘300mm工厂的生产效率，以期得到更大的晶圆产出。一个功能强大且性能稳定的AMHS系统在300mm工厂里扮演了一个非常重要的角色。AMHS系统不仅可以有效的利用宝贵的洁净室的生产空间，并且还可以提高生产设备的利用率，缩短在制品WIP的Cycle Time，所以在很多的300mm的半导体工厂里，AMHS都被视为可以快速提升产能，增加生产效率的尖兵利器。AMHS系系统在3000mm半半导体工厂厂的应用特特点和

2、200mmm晶圆相相比，更大大的晶圆尺尺寸使得单单批Lott的晶圆重重量变得更更大，仅凭凭在2000mm工厂厂Intrrabayy内的人工工搬运已经经远远无法法满足3000mm工工厂的生产产要求。因因此，在3300mmm的半导体体工厂里，生生产方式的的巨大变化化也给AMMHS系统统提出了更更高的要求求。搬送方式的的巨大进化化首先，是是AMHSS搬送方式式从2000mm工厂厂的SEMMI Auuto方式式到3000mm工厂厂Fulll Autto方式的的转变。如如图1红色色轨道所示示：在2000mm工工厂所采用用的Semmi Auuto生产产方式中的的Wafeer搬送，只只包括中央央区域Innt

3、erbbay的AAMHS搬搬送。而WWaferr到生产设设备的部分分需要人工工搬送来完完成。而在在300mmm工厂里里，由于wwaferr自身重量量的增加，导导致人工搬搬送异常困困难，故由由AMHSS系统取而而代之直接接将waffer搬送送到生产设设备，如图图1中的蓝蓝色轨道，这这即是Fuull AAuto的的作业方式式。这种方方式极大减减轻了生产产一线操作作人员的工工作强度，同同时又避免免了因人为为事故而造造成的损失失。更为重重要的是，在在工厂产能能迅速提升升的过程中中，可以满满足大规模模搬送量的的AMHSS系统的巨巨大优势可可以完全呈呈现。其次，是TTool To TTool直直接搬送的的

4、全厂性应应用。为了了进一步的的节省FOOUP的搬搬送时间，3300mmm晶圆厂的的AMHSS系统必须须支持Toool TTo Toool的直直接搬送。这这种搬送模模式可以使使得FOUUP不必经经过存储设设备Stoockerr的中转，而而直接从上上一站的加加工设备搬搬送到下一一站的加工工设备。如图1所示示：在没有有Tooll To Tooll直接搬送送的工厂内内，从Toool AA到Toool B的的搬送路径径为Toool AStoccker001SStockker022Toool B。但但是在具备备Tooll To Tooll直接搬送送功能的工工厂内，如如图2所示示，从Toool AA到Too

5、ol B的的搬送路径径为Toool ATooll B。为了实现这这种Toool Too Toool的搬送送功能，在在AMHSS系统设计计的时候，必必须要考虑虑到Intterbaay和Inntrabbay的整整合，工厂厂布局，搬搬送车辆和和Stoccker的的选择等多多种因素。AMHS系统整体性能的要求稳定性：由于全厂都在大规模地应用AMHS系统进行Wafer的搬送，所以一旦AMHS系统发生故障将导致全厂性的生产设备因没有可供生产的Wafer而停止生产，进而严重影响正常的生产运营。考虑到在300mm半导体工厂内，AMHS系统的稳定性将直接关系到工厂的生产效率，工厂的管理者对于AMHS系统稳定性也

6、提出了极其苛刻的要求。高效性：与与200mmm半导体体工厂的AAMHS系系统相比，3300mmm工厂的AAMHS搬搬送量有了了十倍以上上的增长。在在面对巨大大搬送量的的时候，如如何确保全全厂的搬送送效率，在在更短的时时间内完成成Wafeer的搬送送，对于AAMHS系系统而言是是一个巨大大的挑战。同同时，AMMHS系统统搬送效率率的高低，也也将直接影影响到生产产设备的利利用率，故故在3000mm半导导体工厂的的搬送时间间都是以秒秒为单位进进行计算，且且每一秒钟钟的减少，都都需要付出出更多的精精心设计才才可实现。最大化的利利用生产空空间在3000mm工工厂的生产产车间内，洁洁净室的空空间是极其其昂

7、贵的。而而AMHSS系统为了了解决生产产线上所有有在制品WWIP的存存储保管问问题，不得得不占用大大量的面积积和空间。如如何在满足足存储和搬搬送要求的的前提下，最最大化的节节省所占用用的面积空空间，是AAMHS系系统必须面面对的一个个难题。在200mmm半导体体工厂的AAMHS系系统中，为为了尽可能能的利用洁洁净室的面面积，提高高单位占地地面积的WWaferr存储量，比比较经常采采用的方式式是提升SStockker中央央区域的天天花板高度度，并采用用更高的SStockker型号号，这种方方式一般可可以增加220%330%的wwaferr存储量。在300mmm半导体体工厂的AAMHS系系统中，比

8、比较常用的的方式是使使用UTSS(Undder TTrackk Stooragee)，一种种可以将WWaferr存放在天天花板下方方空中的装装置，由于于UTS可可以不占用用洁净室的的地面面积积，有效地地利用了洁洁净室的空空中区域，所所以这种解解决方案在在300mmm半导体体工厂里的的应用非常常广泛，如如图3所示示。AMHS系系统的柔性性设计在300mmm半导体体工厂内，搬搬送轨道遍遍布整个车车间，构成成了巨大且且复杂的网网络拓扑结结构。虽然然单个车辆辆个体或单单一合分流流的节点发发生故障，对对于轨道控控制系统不不会产生大大的影响，但但是这种单单点故障若若发生在交交通繁忙的的路段，或或者较长时时

9、间不能解解决的时候候，将会产产生严重的的交通拥塞塞，并导致致整体搬送送效率急速速下降，从从而影响到到整个工厂厂的生产。因此，3000mm的的AMHSS轨道控制制系统必须须具备故障障自我侦测测和自我调调整的柔性性特点。当当某单一的的轨道节点点发生故障障，轨道控控制系统可可以自动调调节系统的的运行参数数，动态响响应故障激激励，及时时调整所有有搬送车辆辆的运行路路线，并通通知系统管管理人员进进行紧急故故障处理等等功能。AMHS系系统的性能能分析和影影响因素由由于AMHHS系统属属于较复杂杂的多元非非线性系统统，传统的的控制理论论很难对其其进行准确确的分析和和性能优化化。为了对对AMHSS系统进行行优

10、化改善善，首先需需要确定可可以准确反反映AMHHS系统性性能的指标标参数，并并在此基础础上对那些些关键性因因素进行模模拟分析得得出优化方方向，进而而在AMHHS系统的的实际运行行中加以验验证，从而而得到预期期的优化效效果。分析AMHHS系统性性能的重要要指标在对对AMHSS系统进行行性能分析析的时候，一一般会从以以下两个方方面进行判判断：稳定定性：MTTBF和MMTTR是是在衡量系系统稳定性性方面最常常用到的两两个参数。MMTBF(Meann Timme Beetweeen Faailurre)表示示系统硬件件的故障频频率，这个个数据越低低，表示系系统的硬件件越稳定，故故障率越低低。而MTTT

11、R(MMean Timee To Repaair)表表示系统硬硬件发生故故障时候的的修复时间间，这个数数据越低，表表示系统硬硬件的可修修复能力越越高，可在在线使用的的能力越高高。高效性：在在衡量AMMHS系统统的搬送效效率的时候候，平均搬搬送时间和和三西格玛玛的搬送时时间是最常常用到的两两个指标。平平均搬送时时间是指在在某单位时时间段内完完成的所有有搬送任务务的平均搬搬送时间，而而三西格玛玛的搬送时时间则是借借用了统计计学上的一一个概念：即在三西西格玛的搬搬送时间内内完成的搬搬送任务的的数量占到到总体搬送送量的三西西格玛（999.977%）。在在Fulll Autto作业模模式下的这这两个指标

12、标将直接关关系到生产产设备能否否保证较高高的生产利利用率，甚甚至会影响响到Waffer的CCyclee Timme。因此此，大部分分300mmm工厂的的管理者对对于这个性性能指标都都会设定极极其严格的的标准。影响AMHHS系统搬搬送性能的的主要因素素通常，影影响AMHHS系统搬搬送性能的的因素可以以从AMHHS系统的的硬件特性性和系统控控制软件两两方面去分分析。首先，系统统的硬件因因素主要考考虑以下几几点：OHHT行走速速度和加速速度：OHHT的行走走速度和加加速度是影影响AMHHS系统整整体运行效效率的重要要参数。更更高的行走走速度和加加速度可以以有效地降降低单次搬搬送的时间间；但是当当AM

13、HSS系统的搬搬送任务过过于频繁的的时候，OOHT本身身会遇到经经常性的临临时停车，这这个时候过过高的速度度和加速度度反而会增增加OHTT车体本身身的负担，加加快OHTT车体的磨磨损。因此此，大部分分的AMHHS系统制制造商都会会根据实际际情况设定定最佳的行行车速度，而而不是盲目目的追求更更高的行走走速度。OHT的升升降马达的的运行速度度：OHTT的升降马马达主要是是用来将FFOUP从从轨道高度度的位置下下降放置于于生产设备备的Porrt上或者者反之将FFOUP从从设备的PPort上上传送到OOHT上。因因此，升降降马达的运运行速度也也会影响AAMHS系系统整体的的搬送时间间，但考虑虑到生产设

14、设备操作人人员的安全全问题，升升降马达的的速度一般般不会设置置过高。轨道的设计计和布局：轨道的设设计模式和和拓扑布局局是影响AAMHS系系统搬送效效率的关键键因素。在在设计轨道道拓扑布局局的时候，需需要考虑到到OHT行行走路线的的优化、最最短路径的的设计、轨轨道通行的的冗余能力力、OHTT交汇路口口的设计等等问题。一一个优秀的的轨道布局局设计，不不仅可以缩缩短OHTT的行走路路程，还可可以提高轨轨道整体的的冗余能力力，增加在在单点发生生故障时候候轨道系统统的健壮性性。其次，系统统的软件方方面主要考考虑以下几几个因素：OHT行行走路径的的选择：OOHT在出出发至目的的地之前需需要确定最最优的行走

15、走路线，以以便尽可能能的减少搬搬送时间。在在分析比较较各种不同同行走路径径的时候，通通常需要考考虑每条行行走路径实实际的行走走距离；路路途障碍物物的数量；中途交汇汇路口的数数量；路径径中途有无无单点故障障发生等因因素。同时时，当OHHT行走路路径确定后后出发的时时候，如果果有影响到到路径选择择的意外事事件发生，OOHT可以以重新计算算最优路径径，并动态态改变之前前的行走路路径。最佳OHTT的搜索逻逻辑：OHHT的搜索索逻辑是用用来确定当当某一个站站点有搬送送请求发生生的时候，AAMHS系系统如何选选择最优的的OHT来来完成这个个搬送任务务。一般而而言，如果果仅仅认为为只要是距距离最近的的没有任

16、务务的空车就就是最优的的OHT，那那是不完全全正确的。若若考虑到更更加复杂的的情况，即即当多个站站点都发生生了搬送请请求事件的的时候，如如何确定多多站点的最最优OHTT，并且加加上允许改改变之前有有搬送指令令的空车的的搬送指令令的条件，则则需要一个个复杂算法法的帮助才才能真正确确定系统整整体的最优优选择。不不过可惜的的是，复杂杂算法通常常会消耗控控制系统大大量的CPPU资源，且且更易导致致控制系统统的不稳定定。故在实实际工厂的的应用中，无无法确定对对于系统整整体搬送最最优的OHHT。轨道交通的的控制逻辑辑：交通控控制主要是是解决在OOHT行走走至交汇路路口时的优优先通行问问题。使排排队等待通通

17、过交汇路路口的所有有OHT车车辆有序且且高效的通通行是轨道道交通控制制最主要的的目的。但但在大部分分情况下，考考虑到控制制程序的稳稳定性，设设计人员通通常仍会舍舍弃更为智智能化的控控制逻辑而而采用逻辑辑简单容易易操作的交交通控制程程序。AMHS系系统所面临临的挑战和和未来的发发展趋势在在20077 SEMMICONN Taiiwan的的高峰论坛坛上，TSSMC发表表了未来五五年内建设设启用4550mm半半导体工厂厂的豪言壮壮语。随着着更多的半半导体制造造商的积极极投入，4450mmm半导体工工厂似乎将将不再遥远远。到那时时，AMHHS系统在在450mmm半导体体工厂的生生产过程中中将发挥更更加

18、重要的的作用，同同时也会面面临更为严严峻的挑战战。AMHHS系统的的使用者和和管理人员员提出的每每一个近乎乎于苛刻的的要求，对对于AMHHS系统的的设计开发发人员来说说，都将是是技术进步步的动力来来源和未来来的挑战方方向。1）在4550mm半半导体工厂厂内，虽然然Wafeer尺寸仅仅仅增加11.5倍，但但Wafeer重量却却增加2.25倍。为为了适应重重量更重的的Wafeer的搬送送，AMHHS的制造造商将不得得不对OHHT的负载载能力，轨轨道强度，厂厂房结构等等多方面进进行重新计计算评估，并并相应的提提高AMHHS系统的的硬件性能能。2）对于尺尺寸更大的的Wafeer，若采采用传统SStoc

19、kker的存存储方式，必必将浪费更更多的洁净净室空间。因因此，UTTS系统对对于洁净室室地面面积积零占用的的特点必将将受到半导导体工厂的的青睐。开开发出性能能稳定，存存储量大的的UTS系系统，将是是AMHSS系统制造造商的一个个重要课题题，也是在在未来商业业竞争中获获胜的重要要因素。3）随着半半导体工厂厂对AMHHS系统依依赖性的日日益趋重，工工厂管理者者会越来越越不能容忍忍AMHSS系统任何何情况下的的停机：即即使AMHHS系统的的底层参数数更改，轨轨道硬件变变更，控制制系统的升升级等工作作都被要求求在Onlline不不停机的情情况下完成成。对于AAMHS系系统制造商商而言，设设计出永不不停止的AAMHS系系统将成为为必需。