300mm半导体工厂的AMHS系统合集

300mm半导体工厂的AMHS系统

在半导体制造技术高度发达的今天，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系统在300mm半导体工厂的应用特点

和200mm晶圆相比，更大的晶圆尺寸使得单批Lot的晶圆重量变得更大，仅凭在

200mm工厂Intrabay内的人工搬运已经远远无法满足300mm工厂的生产要求。因此，在300mm的半导体工厂里，生产方式的巨大变化也给AMHS系统提出了更高的要求。

搬送方式的巨大进化

首先，是AMHS搬送方式从200mm工厂的SEMI Auto方式到300mm工厂Full Auto 方式的转变。如图1红色轨道所示：在200mm工厂所采用的Semi Auto生产方式中的Wafer搬送，只包括中央区域Interbay的AMHS搬送。而Wafer到生产设备的部分需

要人工搬送来完成。而在300mm工厂里，由于wafer自身重量的增加，导致人工搬送

异常困难，故由AMHS系统取而代之直接将wafer搬送到生产设备，如图1中的蓝色轨道，这即是Full Auto的作业方式。这种方式极大减轻了生产一线操作人员的工作强

度，同时又避免了因人为事故而造成的损失。更为重要的是，在工厂产能迅速提升的过

程中，可以满足大规模搬送量的AMHS系统的巨大优势可以完全呈现。

其次，是Tool To Tool直接搬送的全厂性应用。为了进一步的节省FOUP的搬送时间，300mm晶圆厂的AMHS系统必须支持Tool To Tool的直接搬送。这种搬送模式可以

使得FOUP不必经过存储设备Stocker的中转，而直接从上一站的加工设备搬送到下

一站的加工设备。

如图1所示：在没有Tool To Tool直接搬送的工厂内，从Tool A到Tool B的搬送路径为Tool A→Stocker01—>Stocker02→Tool B。但是在具备Tool To Tool直接搬送功能的工厂内，如图2所示，从Tool A到Tool B的搬送路径为Tool A→Tool B。

为了实现这种Tool To Tool的搬送功能，在AMHS系统设计的时候，必须要考虑到Interbay和Intrabay的整合，工厂布局，搬送车辆和Stocker的选择等多种因素。

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系统稳定性也提出了极其苛刻的要求。

高效性：与200mm半导体工厂的AMHS系统相比，300mm工厂的AMHS搬送量有了十倍以上的增长。在面对巨大搬送量的时候，如何确保全厂的搬送效率，在更短的时间内完成Wafer的搬送，对于AMHS系统而言是一个巨大的挑战。同时，AMHS系统

搬送效率的高低，也将直接影响到生产设备的利用率，故在300mm半导体工厂的搬送时间都是以秒为单位进行计算，且每一秒钟的减少，都需要付出更多的精心设计才可实现。

最大化的利用生产空间

在300mm工厂的生产车间内，洁净室的空间是极其昂贵的。而AMHS系统为了解决生产线上所有在制品WIP的存储保管问题，不得不占用大量的面积和空间。如何在满

足存储和搬送要求的前提下，最大化的节省所占用的面积空间，是AMHS系统必须面对的一个难题。

在200mm半导体工厂的AMHS系统中，为了尽可能的利用洁净室的面积，提高单位

占地面积的Wafer存储量，比较经常采用的方式是提升Stocker中央区域的天花板高度，并采用更高的Stocker型号，这种方式一般可以增加20%～30%的wafer存储量。

在300mm半导体工厂的AMHS系统中，比较常用的方式是使用UTS(Under Track Storage)，一种可以将Wafer存放在天花板下方空中的装置，由于UTS可以不占用洁净室的地面面积，有效地利用了洁净室的空中区域，所以这种解决方案在300mm半导体工厂里的应用非常广泛，如图3所示。

AMHS系统的柔性设计

在300mm半导体工厂内，搬送轨道遍布整个车间，构成了巨大且复杂的网络拓扑结构。虽然单个车辆个体或单一合分流的节点发生故障，对于轨道控制系统不会产生大的影

响，但是这种单点故障若发生在交通繁忙的路段，或者较长时间不能解决的时候，将会产生严重的交通拥塞，并导致整体搬送效率急速下降，从而影响到整个工厂的生产。

因此，300mm的AMHS轨道控制系统必须具备故障自我侦测和自我调整的柔性特点。

当某单一的轨道节点发生故障，轨道控制系统可以自动调节系统的运行参数，动态响应故障激励，及时调整所有搬送车辆的运行路线，并通知系统管理人员进行紧急故障处理

等功能。

AMHS系统的性能分析和影响因素

由于AMHS系统属于较复杂的多元非线性系统，传统的控制理论很难对其进行准确的

分析和性能优化。为了对AMHS系统进行优化改善，首先需要确定可以准确反映AMHS 系统性能的指标参数，并在此基础上对那些关键性因素进行模拟分析得出优化方向，进而在AMHS系统的实际运行中加以验证，从而得到预期的优化效果。

分析AMHS系统性能的重要指标

在对AMHS系统进行性能分析的时候，一般会从以下两个方面进行判断：

稳定性：MTBF和MTTR是在衡量系统稳定性方面最常用到的两个参数。MTBF(Mean Time Between Failure)表示系统硬件的故障频率，这个数据越低，表示系统的硬件越稳定，故障率越低。而MTTR(Mean Time To Repair)表示系统硬件发生故障时候的修复

时间，这个数据越低，表示系统硬件的可修复能力越高，可在线使用的能力越高。

高效性：在衡量AMHS系统的搬送效率的时候，平均搬送时间和三西格玛的搬送时间

是最常用到的两个指标。平均搬送时间是指在某单位时间段内完成的所有搬送任务的平

均搬送时间，而三西格玛的搬送时间则是借用了统计学上的一个概念：即在三西格玛的搬送时间内完成的搬送任务的数量占到总体搬送量的三西格玛（99.97%）。在Full Auto 作业模式下的这两个指标将直接关系到生产设备能否保证较高的生产利用率，甚至会影响到Wafer的Cycle Time。因此，大部分300mm工厂的管理者对于这个性能指标都

会设定极其严格的标准。

影响AMHS系统搬送性能的主要因素

通常，影响AMHS系统搬送性能的因素可以从AMHS系统的硬件特性和系统控制软件

两方面去分析。

首先，系统的硬件因素主要考虑以下几点：

OHT行走速度和加速度：OHT的行走速度和加速度是影响AMHS系统整体运行效率

的重要参数。更高的行走速度和加速度可以有效地降低单次搬送的时间；但是当AMHS 系统的搬送任务过于频繁的时候，OHT本身会遇到经常性的临时停车，这个时候过高

的速度和加速度反而会增加OHT车体本身的负担，加快OHT车体的磨损。因此，大

部分的AMHS系统制造商都会根据实际情况设定最佳的行车速度，而不是盲目的追求

更高的行走速度。

OHT的升降马达的运行速度：OHT的升降马达主要是用来将FOUP从轨道高度的位置下降放置于生产设备的Port上或者反之将FOUP从设备的Port上传送到OHT上。因此，升降马达的运行速度也会影响AMHS系统整体的搬送时间，但考虑到生产设备操

作人员的安全问题，升降马达的速度一般不会设置过高。

轨道的设计和布局：轨道的设计模式和拓扑布局是影响AMHS系统搬送效率的关键因素。在设计轨道拓扑布局的时候，需要考虑到OHT行走路线的优化、最短路径的设计、轨道通行的冗余能力、OHT交汇路口的设计等问题。一个优秀的轨道布局设计，不仅