300mm半導(dǎo)體工廠的AMHS系統(tǒng)

1、300mmm半導(dǎo)導(dǎo)體工廠廠的AMMHS系系統(tǒng)在半半導(dǎo)體制制造技術(shù)術(shù)高度發(fā)發(fā)達(dá)的今今天，3300mmm的半半導(dǎo)體工工廠已經(jīng)經(jīng)成為全全球半導(dǎo)導(dǎo)體行業(yè)業(yè)的主流流。由于于3000mm半半導(dǎo)體生生產(chǎn)線的的巨額投投入，人人們不得得不盡可可能的挖挖掘3000mmm工廠的的生產(chǎn)效效率，以以期得到到更大的的晶圓產(chǎn)產(chǎn)出。一一個(gè)功能能強(qiáng)大且且性能穩(wěn)穩(wěn)定的AAMHSS系統(tǒng)在在3000mm工工廠里扮扮演了一一個(gè)非常常重要的的角色。AMHHS系統(tǒng)統(tǒng)不僅可可以有效效的利用用寶貴的的潔凈室室的生產(chǎn)產(chǎn)空間，并且還還可以提提高生產(chǎn)產(chǎn)設(shè)備的的利用率率，縮短短在制品品WIPP的Cyyclee Tiime，所以在在很多的的3000mm

2、的的半導(dǎo)體體工廠里里，AMMHS都都被視為為可以快快速提升升產(chǎn)能，增加生生產(chǎn)效率率的尖兵兵利器。AMHSS系統(tǒng)在在3000mm半半導(dǎo)體工工廠的應(yīng)應(yīng)用特點(diǎn)點(diǎn)和2000mm晶晶圓相比比，更大大的晶圓圓尺寸使使得單批批Lott的晶圓圓重量變變得更大大，僅憑憑在2000mmm工廠IIntrrabaay內(nèi)的的人工搬搬運(yùn)已經(jīng)經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無無法滿足足3000mm工工廠的生生產(chǎn)要求求。因此此，在3300mmm的半半導(dǎo)體工工廠里，生產(chǎn)方方式的巨巨大變化化也給AAMHSS系統(tǒng)提提出了更更高的要要求。搬送方式式的巨大大進(jìn)化首首先，是是AMHHS搬送送方式從從2000mm工工廠的SSEMII Auuto方方式到3300mm

3、m工廠廠Fulll AAutoo方式的的轉(zhuǎn)變。如圖11紅色軌軌道所示示：在2200mmm工廠廠所采用用的Seemi Autto生產(chǎn)產(chǎn)方式中中的Waaferr搬送，只包括括中央?yún)^(qū)區(qū)域Innterrbayy的AMMHS搬搬送。而而Waffer到到生產(chǎn)設(shè)設(shè)備的部部分需要要人工搬搬送來完完成。而而在3000mmm工廠里里，由于于waffer自自身重量量的增加加，導(dǎo)致致人工搬搬送異常常困難，故由AAMHSS系統(tǒng)取取而代之之直接將將waffer搬搬送到生生產(chǎn)設(shè)備備，如圖圖1中的的藍(lán)色軌軌道，這這即是FFulll Auuto的的作業(yè)方方式。這這種方式式極大減減輕了生生產(chǎn)一線線操作人人員的工工作強(qiáng)度度，同時(shí)時(shí)

4、又避免免了因人人為事故故而造成成的損失失。更為為重要的的是，在在工廠產(chǎn)產(chǎn)能迅速速提升的的過程中中，可以以滿足大大規(guī)模搬搬送量的的AMHHS系統(tǒng)統(tǒng)的巨大大優(yōu)勢(shì)可可以完全全呈現(xiàn)。其次，是是Toool TTo TTooll直接搬搬送的全全廠性應(yīng)應(yīng)用。為為了進(jìn)一一步的節(jié)節(jié)省FOOUP的的搬送時(shí)時(shí)間，3300mmm晶圓圓廠的AAMHSS系統(tǒng)必必須支持持Toool TTo TTooll的直接接搬送。這種搬搬送模式式可以使使得FOOUP不不必經(jīng)過過存儲(chǔ)設(shè)設(shè)備Sttockker的的中轉(zhuǎn)，而直接接從上一一站的加加工設(shè)備備搬送到到下一站站的加工工設(shè)備。如圖1所所示：在在沒有TTooll Too Toool直直接搬

5、送送的工廠廠內(nèi)，從從Toool AA到Toool B的搬搬送路徑徑為Toool ASStocckerr01Sttockker002TTooll B。但是在在具備TTooll Too Toool直直接搬送送功能的的工廠內(nèi)內(nèi)，如圖圖2所示示，從TTooll A到到Toool BB的搬送送路徑為為Toool AAToool B。為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)這種TTooll Too Toool的的搬送功功能，在在AMHHS系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計(jì)的的時(shí)候，必須要要考慮到到Intterbbay和和Inttrabbay的的整合，工廠布布局，搬搬送車輛輛和Sttockker的的選擇等等多種因因素。AMHHS系統(tǒng)統(tǒng)整體性性能的要要求穩(wěn)定定性

6、：由由于全廠廠都在大大規(guī)模地地應(yīng)用AAMHSS系統(tǒng)進(jìn)進(jìn)行Waaferr的搬送送，所以以一旦AAMHSS系統(tǒng)發(fā)發(fā)生故障障將導(dǎo)致致全廠性性的生產(chǎn)產(chǎn)設(shè)備因因沒有可可供生產(chǎn)產(chǎn)的Waaferr而停止止生產(chǎn)，進(jìn)而嚴(yán)嚴(yán)重影響響正常的的生產(chǎn)運(yùn)運(yùn)營。考考慮到在在3000mm半半導(dǎo)體工工廠內(nèi)，AMHHS系統(tǒng)統(tǒng)的穩(wěn)定定性將直直接關(guān)系系到工廠廠的生產(chǎn)產(chǎn)效率，工廠的的管理者者對(duì)于AAMHSS系統(tǒng)穩(wěn)穩(wěn)定性也也提出了了極其苛苛刻的要要求。高效性：與2000mmm半導(dǎo)體體工廠的的AMHHS系統(tǒng)統(tǒng)相比，3000mm工工廠的AAMHSS搬送量量有了十十倍以上上的增長長。在面面對(duì)巨大大搬送量量的時(shí)候候，如何何確保全全廠的搬搬送效率

7、率，在更更短的時(shí)時(shí)間內(nèi)完完成Waaferr的搬送送，對(duì)于于AMHHS系統(tǒng)統(tǒng)而言是是一個(gè)巨巨大的挑挑戰(zhàn)。同同時(shí)，AAMHSS系統(tǒng)搬搬送效率率的高低低，也將將直接影影響到生生產(chǎn)設(shè)備備的利用用率，故故在3000mmm半導(dǎo)體體工廠的的搬送時(shí)時(shí)間都是是以秒為為單位進(jìn)進(jìn)行計(jì)算算，且每每一秒鐘鐘的減少少，都需需要付出出更多的的精心設(shè)設(shè)計(jì)才可可實(shí)現(xiàn)。最大化的的利用生生產(chǎn)空間間在3000mmm工廠的的生產(chǎn)車車間內(nèi)，潔凈室室的空間間是極其其昂貴的的。而AAMHSS系統(tǒng)為為了解決決生產(chǎn)線線上所有有在制品品WIPP的存儲(chǔ)儲(chǔ)保管問問題，不不得不占占用大量量的面積積和空間間。如何何在滿足足存儲(chǔ)和和搬送要要求的前前提下，最

8、大化化的節(jié)省省所占用用的面積積空間，是AMMHS系系統(tǒng)必須須面對(duì)的的一個(gè)難難題。在2000mm半半導(dǎo)體工工廠的AAMHSS系統(tǒng)中中，為了了盡可能能的利用用潔凈室室的面積積，提高高單位占占地面積積的Waaferr存儲(chǔ)量量，比較較經(jīng)常采采用的方方式是提提升Sttockker中中央?yún)^(qū)域域的天花花板高度度，并采采用更高高的Sttockker型型號(hào)，這這種方式式一般可可以增加加20%300%的wwafeer存儲(chǔ)儲(chǔ)量。在3000mm半半導(dǎo)體工工廠的AAMHSS系統(tǒng)中中，比較較常用的的方式是是使用UUTS(Undder Traack Stooragge)，一種可可以將WWafeer存放放在天花花板下方方空中

9、的的裝置，由于UUTS可可以不占占用潔凈凈室的地地面面積積，有效效地利用用了潔凈凈室的空空中區(qū)域域，所以以這種解解決方案案在3000mmm半導(dǎo)體體工廠里里的應(yīng)用用非常廣廣泛，如如圖3所所示。AMHSS系統(tǒng)的的柔性設(shè)設(shè)計(jì)在3000mm半半導(dǎo)體工工廠內(nèi)，搬送軌軌道遍布布整個(gè)車車間，構(gòu)構(gòu)成了巨巨大且復(fù)復(fù)雜的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋼浣Y(jié)構(gòu)。雖然單單個(gè)車輛輛個(gè)體或或單一合合分流的的節(jié)點(diǎn)發(fā)發(fā)生故障障，對(duì)于于軌道控控制系統(tǒng)統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生大的的影響，但是這這種單點(diǎn)點(diǎn)故障若若發(fā)生在在交通繁繁忙的路路段，或或者較長長時(shí)間不不能解決決的時(shí)候候，將會(huì)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)嚴(yán)重的交交通擁塞塞，并導(dǎo)導(dǎo)致整體體搬送效效率急速速下降，從而影影響到整整個(gè)工

10、廠廠的生產(chǎn)產(chǎn)。因此，3300mmm的AAMHSS軌道控控制系統(tǒng)統(tǒng)必須具具備故障障自我偵偵測(cè)和自自我調(diào)整整的柔性性特點(diǎn)。當(dāng)某單單一的軌軌道節(jié)點(diǎn)點(diǎn)發(fā)生故故障，軌軌道控制制系統(tǒng)可可以自動(dòng)動(dòng)調(diào)節(jié)系系統(tǒng)的運(yùn)運(yùn)行參數(shù)數(shù)，動(dòng)態(tài)態(tài)響應(yīng)故故障激勵(lì)勵(lì)，及時(shí)時(shí)調(diào)整所所有搬送送車輛的的運(yùn)行路路線，并并通知系系統(tǒng)管理理人員進(jìn)進(jìn)行緊急急故障處處理等功功能。AMHSS系統(tǒng)的的性能分分析和影影響因素素由于AAMHSS系統(tǒng)屬屬于較復(fù)復(fù)雜的多多元非線線性系統(tǒng)統(tǒng)，傳統(tǒng)統(tǒng)的控制制理論很很難對(duì)其其進(jìn)行準(zhǔn)準(zhǔn)確的分分析和性性能優(yōu)化化。為了了對(duì)AMMHS系系統(tǒng)進(jìn)行行優(yōu)化改改善，首首先需要要確定可可以準(zhǔn)確確反映AAMHSS系統(tǒng)性性能的指指標(biāo)參

11、數(shù)數(shù)，并在在此基礎(chǔ)礎(chǔ)上對(duì)那那些關(guān)鍵鍵性因素素進(jìn)行模模擬分析析得出優(yōu)優(yōu)化方向向，進(jìn)而而在AMMHS系系統(tǒng)的實(shí)實(shí)際運(yùn)行行中加以以驗(yàn)證，從而得得到預(yù)期期的優(yōu)化化效果。分析AMMHS系系統(tǒng)性能能的重要要指標(biāo)在在對(duì)AMMHS系系統(tǒng)進(jìn)行行性能分分析的時(shí)時(shí)候，一一般會(huì)從從以下兩兩個(gè)方面面進(jìn)行判判斷：穩(wěn)穩(wěn)定性：MTBBF和MMTTRR是在衡衡量系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)定性性方面最最常用到到的兩個(gè)個(gè)參數(shù)。MTBBF(MMeann Tiime Bettweeen FFailluree)表示示系統(tǒng)硬硬件的故故障頻率率，這個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)越越低，表表示系統(tǒng)統(tǒng)的硬件件越穩(wěn)定定，故障障率越低低。而MMTTRR(Meean Timme TTo R

12、Repaair)表示系系統(tǒng)硬件件發(fā)生故故障時(shí)候候的修復(fù)復(fù)時(shí)間，這個(gè)數(shù)數(shù)據(jù)越低低，表示示系統(tǒng)硬硬件的可可修復(fù)能能力越高高，可在在線使用用的能力力越高。高效性：在衡量量AMHHS系統(tǒng)統(tǒng)的搬送送效率的的時(shí)候，平均搬搬送時(shí)間間和三西西格瑪?shù)牡陌崴蜁r(shí)時(shí)間是最最常用到到的兩個(gè)個(gè)指標(biāo)。平均搬搬送時(shí)間間是指在在某單位位時(shí)間段段內(nèi)完成成的所有有搬送任任務(wù)的平平均搬送送時(shí)間，而三西西格瑪?shù)牡陌崴蜁r(shí)時(shí)間則是是借用了了統(tǒng)計(jì)學(xué)學(xué)上的一一個(gè)概念念：即在在三西格格瑪?shù)陌岚崴蜁r(shí)間間內(nèi)完成成的搬送送任務(wù)的的數(shù)量占占到總體體搬送量量的三西西格瑪（99.97%）。在在Fulll AAutoo作業(yè)模模式下的的這兩個(gè)個(gè)指標(biāo)將將直接關(guān)關(guān)

13、系到生生產(chǎn)設(shè)備備能否保保證較高高的生產(chǎn)產(chǎn)利用率率，甚至至?xí)绊戫懙絎aaferr的Cyyclee Tiime。因此，大部分分3000mm工工廠的管管理者對(duì)對(duì)于這個(gè)個(gè)性能指指標(biāo)都會(huì)會(huì)設(shè)定極極其嚴(yán)格格的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。影響AMMHS系系統(tǒng)搬送送性能的的主要因因素通常常，影響響AMHHS系統(tǒng)統(tǒng)搬送性性能的因因素可以以從AMMHS系系統(tǒng)的硬硬件特性性和系統(tǒng)統(tǒng)控制軟軟件兩方方面去分分析。首先，系系統(tǒng)的硬硬件因素素主要考考慮以下下幾點(diǎn)：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響響AMHHS系統(tǒng)統(tǒng)整體運(yùn)運(yùn)行效率率的重要要參數(shù)。更高的的行走速速度和加加速度可可以有效效地降低低單次搬搬送的時(shí)時(shí)

14、間；但但是當(dāng)AAMHSS系統(tǒng)的的搬送任任務(wù)過于于頻繁的的時(shí)候，OHTT本身會(huì)會(huì)遇到經(jīng)經(jīng)常性的的臨時(shí)停停車，這這個(gè)時(shí)候候過高的的速度和和加速度度反而會(huì)會(huì)增加OOHT車車體本身身的負(fù)擔(dān)擔(dān)，加快快OHTT車體的的磨損。因此，大部分分的AMMHS系系統(tǒng)制造造商都會(huì)會(huì)根據(jù)實(shí)實(shí)際情況況設(shè)定最最佳的行行車速度度，而不不是盲目目的追求求更高的的行走速速度。OHT的的升降馬馬達(dá)的運(yùn)運(yùn)行速度度：OHHT的升升降馬達(dá)達(dá)主要是是用來將將FOUUP從軌軌道高度度的位置置下降放放置于生生產(chǎn)設(shè)備備的Poort上上或者反反之將FFOUPP從設(shè)備備的Poort上上傳送到到OHTT上。因因此，升升降馬達(dá)達(dá)的運(yùn)行行速度也也會(huì)影響響

15、AMHHS系統(tǒng)統(tǒng)整體的的搬送時(shí)時(shí)間，但但考慮到到生產(chǎn)設(shè)設(shè)備操作作人員的的安全問問題，升升降馬達(dá)達(dá)的速度度一般不不會(huì)設(shè)置置過高。軌道的設(shè)設(shè)計(jì)和布布局：軌軌道的設(shè)設(shè)計(jì)模式式和拓?fù)鋼洳季质鞘怯绊慉AMHSS系統(tǒng)搬搬送效率率的關(guān)鍵鍵因素。在設(shè)計(jì)計(jì)軌道拓拓?fù)洳季志值臅r(shí)候候，需要要考慮到到OHTT行走路路線的優(yōu)優(yōu)化、最最短路徑徑的設(shè)計(jì)計(jì)、軌道道通行的的冗余能能力、OOHT交交匯路口口的設(shè)計(jì)計(jì)等問題題。一個(gè)個(gè)優(yōu)秀的的軌道布布局設(shè)計(jì)計(jì)，不僅僅可以縮縮短OHHT的行行走路程程，還可可以提高高軌道整整體的冗冗余能力力，增加加在單點(diǎn)點(diǎn)發(fā)生故故障時(shí)候候軌道系系統(tǒng)的健健壯性。其次，系系統(tǒng)的軟軟件方面面主要考考慮以下下幾

16、個(gè)因因素：OOHT行行走路徑徑的選擇擇：OHHT在出出發(fā)至目目的地之之前需要要確定最最優(yōu)的行行走路線線，以便便盡可能能的減少少搬送時(shí)時(shí)間。在在分析比比較各種種不同行行走路徑徑的時(shí)候候，通常常需要考考慮每條條行走路路徑實(shí)際際的行走走距離；路途障障礙物的的數(shù)量；中途交交匯路口口的數(shù)量量；路徑徑中途有有無單點(diǎn)點(diǎn)故障發(fā)發(fā)生等因因素。同同時(shí)，當(dāng)當(dāng)OHTT行走路路徑確定定后出發(fā)發(fā)的時(shí)候候，如果果有影響響到路徑徑選擇的的意外事事件發(fā)生生，OHHT可以以重新計(jì)計(jì)算最優(yōu)優(yōu)路徑，并動(dòng)態(tài)態(tài)改變之之前的行行走路徑徑。最佳OHHT的搜搜索邏輯輯：OHHT的搜搜索邏輯輯是用來來確定當(dāng)當(dāng)某一個(gè)個(gè)站點(diǎn)有有搬送請(qǐng)請(qǐng)求發(fā)生生的時(shí)

17、候候，AMMHS系系統(tǒng)如何何選擇最最優(yōu)的OOHT來來完成這這個(gè)搬送送任務(wù)。一般而而言，如如果僅僅僅認(rèn)為只只要是距距離最近近的沒有有任務(wù)的的空車就就是最優(yōu)優(yōu)的OHHT，那那是不完完全正確確的。若若考慮到到更加復(fù)復(fù)雜的情情況，即即當(dāng)多個(gè)個(gè)站點(diǎn)都都發(fā)生了了搬送請(qǐng)請(qǐng)求事件件的時(shí)候候，如何何確定多多站點(diǎn)的的最優(yōu)OOHT，并且加加上允許許改變之之前有搬搬送指令令的空車車的搬送送指令的的條件，則需要要一個(gè)復(fù)復(fù)雜算法法的幫助助才能真真正確定定系統(tǒng)整整體的最最優(yōu)選擇擇。不過過可惜的的是，復(fù)復(fù)雜算法法通常會(huì)會(huì)消耗控控制系統(tǒng)統(tǒng)大量的的CPUU資源，且更易易導(dǎo)致控控制系統(tǒng)統(tǒng)的不穩(wěn)穩(wěn)定。故故在實(shí)際際工廠的的應(yīng)用中中，無

18、法法確定對(duì)對(duì)于系統(tǒng)統(tǒng)整體搬搬送最優(yōu)優(yōu)的OHHT。軌道交通通的控制制邏輯：交通控控制主要要是解決決在OHHT行走走至交匯匯路口時(shí)時(shí)的優(yōu)先先通行問問題。使使排隊(duì)等等待通過過交匯路路口的所所有OHHT車輛輛有序且且高效的的通行是是軌道交交通控制制最主要要的目的的。但在在大部分分情況下下，考慮慮到控制制程序的的穩(wěn)定性性，設(shè)計(jì)計(jì)人員通通常仍會(huì)會(huì)舍棄更更為智能能化的控控制邏輯輯而采用用邏輯簡簡單容易易操作的的交通控控制程序序。AMHSS系統(tǒng)所所面臨的的挑戰(zhàn)和和未來的的發(fā)展趨趨勢(shì)在220077 SEEMICCON Taiiwann的高峰峰論壇上上，TSSMC發(fā)發(fā)表了未未來五年年內(nèi)建設(shè)設(shè)啟用4450mmm半導(dǎo)導(dǎo)體工廠廠的豪言言壯語。隨著更更多的半半導(dǎo)體制制造商的的積極投投入，4450mmm半導(dǎo)導(dǎo)體工廠廠似乎將將不再遙遙遠(yuǎn)。到到那時(shí)，AMHHS系統(tǒng)統(tǒng)在4550mmm半導(dǎo)體體工廠的的生產(chǎn)過過程中將將發(fā)揮更更加重要要的作用用，同時(shí)時(shí)也會(huì)面面臨更為為嚴(yán)峻的的挑戰(zhàn)。AMHHS系統(tǒng)統(tǒng)的