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通常，自動(dòng)化是指集成在自動(dòng)過程中用于降低人工操作程度的硬件和軟件系統(tǒng)。自動(dòng)化又包括信息自動(dòng)化和物流自動(dòng)化兩個(gè)部分（圖1）。信息自動(dòng)化與工藝步驟的執(zhí)行過程相關(guān)，包括制造執(zhí)行系統(tǒng)（manufacturing execution system, MES）、信息通訊、工藝設(shè)備工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)（用于工作程序和工藝過程管理）、物料識(shí)別和追蹤等等。物流自動(dòng)化通常和WIP傳送相關(guān)（例如FUOP，SMIF等），包括如何將其運(yùn)送到工藝設(shè)備端或者在不同的存儲(chǔ)區(qū)域之間進(jìn)行調(diào)度，以及晶片在工藝設(shè)備內(nèi)部的傳送（包括設(shè)備內(nèi)部緩沖區(qū)，裝載端口-port，晶片傳送機(jī)械手臂等）。
圖1. 工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的典型組成：信息自動(dòng)化和傳送自動(dòng)化（本文指物流自動(dòng)化）。
從整個(gè)工廠的角度來看，許多設(shè)備內(nèi)部的自動(dòng)化晶片傳送部件都可以被定義為信息自動(dòng)化系統(tǒng)中設(shè)備控制和管理功能的一部分。除了WIP自動(dòng)傳送外，光罩傳送自動(dòng)化也是傳送系統(tǒng)自動(dòng)化的一項(xiàng)內(nèi)容。通常，人們將傳送WIP和光罩的自動(dòng)化系統(tǒng)定義為自動(dòng)物流處理系統(tǒng)（AMHS），它已成為現(xiàn)代化300mm半導(dǎo)體工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中最大的單項(xiàng)投資項(xiàng)目。
過去幾年的經(jīng)驗(yàn)顯示信息自動(dòng)化可以大大推動(dòng)產(chǎn)品成品率（yield）的提高。因?yàn)樾畔⒆詣?dòng)化可以大大提高設(shè)備管理水平、進(jìn)行工藝數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計(jì)工藝控制（SPC）、保證物流控制更加順利，同時(shí)還可以提高recipe管理水平和提高物質(zhì)識(shí)別準(zhǔn)確率，從而減少誤操作和返工（rework）現(xiàn)象。此外，信息自動(dòng)化還可以改善WIP的直觀監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的實(shí)時(shí)派工，提高生產(chǎn)速度。經(jīng)驗(yàn)證明，對(duì)信息自動(dòng)化進(jìn)行投資可以增加fab附加價(jià)值。
過去，物流自動(dòng)化的作用在于保證工藝設(shè)備有事可做，維持足夠的WIP流向下一道工序并且使WIP順利地傳送到下一臺(tái)工藝設(shè)備。通常，200mm fab采用人工傳送和存儲(chǔ)WIP、或者人工傳送和interbay之間自動(dòng)傳送與存儲(chǔ)相結(jié)合的運(yùn)作模式。Intrabay更加復(fù)雜的傳送和存儲(chǔ)則通過操作工人按照信息自動(dòng)化系統(tǒng)的指示來完成，從而在合適的時(shí)間將合適的WIP傳送到合適的設(shè)備上。Interbay自動(dòng)化取代了操作工人的長(zhǎng)距離搬送。
對(duì)于300mm fab來說，人工WIP處理已經(jīng)被自動(dòng)化傳送系統(tǒng)所取代，包括所有工藝設(shè)備之間FOUP的傳送、存儲(chǔ)和分發(fā)。早期的300mm fab是通過MES系統(tǒng)對(duì)傳送和存儲(chǔ)流量進(jìn)行控制的，AMHS主要用于滿足MES下一道工藝對(duì)加工物料的需求。此外，可以通過AMHS控制軟件對(duì)物料存儲(chǔ)、管理和傳送路線進(jìn)行優(yōu)化。
現(xiàn)在的300mm AMHS系統(tǒng)則不同，它被事顯畸合在fab高層次信息系統(tǒng)中，可以在預(yù)估工藝完成時(shí)間的基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)WIP傳送需求，對(duì)fab內(nèi)發(fā)生的各種異常狀況或生產(chǎn)環(huán)境的改變（例如計(jì)劃外設(shè)備停機(jī)等）進(jìn)行自動(dòng)響應(yīng)?，F(xiàn)在的AMHS系統(tǒng)已經(jīng)從上一代“下一道工藝步驟”響應(yīng)系統(tǒng)發(fā)展到最大程度減少設(shè)備空閑時(shí)間、提高生產(chǎn)速度、縮短生產(chǎn)周期和實(shí)現(xiàn)fab生產(chǎn)目標(biāo)的先進(jìn)系統(tǒng)。
200mm自動(dòng)化傳送系統(tǒng)
對(duì)于早期的200mm fab來說，大部分WIP傳送、存儲(chǔ)和分發(fā)是通過人工操作完成的。后來的200mm fab在人工操作基礎(chǔ)上結(jié)合了interbay自動(dòng)傳送和存儲(chǔ)系統(tǒng)，然而WIP和設(shè)備之間的流通仍然沒有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。200mm fab向自動(dòng)化傳送系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變是迫于fab規(guī)模擴(kuò)大和產(chǎn)量提高所帶來的壓力。為了提高生產(chǎn)效率或生產(chǎn)更多種類的產(chǎn)品，許多200mm fab采用了AMHS系統(tǒng)促進(jìn)生產(chǎn)或改善多種產(chǎn)品共線生產(chǎn)的管理，最終開發(fā)出更先進(jìn)的fab布局，充分利用interbay高效率自動(dòng)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。
AMHS能夠滿足更大規(guī)模fab運(yùn)行的需求。此外，fab內(nèi)操作工人和信息自動(dòng)化系統(tǒng)以及產(chǎn)品管理系統(tǒng)之間的密切合作也是提高生產(chǎn)速度、使fab能夠按照承諾出貨的重要因素。通常，操作工人和各區(qū)經(jīng)理可以通過各區(qū)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)知識(shí)提高生產(chǎn)速度，達(dá)到生產(chǎn)時(shí)間表的要求。操作工人可以通過其聰明才智對(duì)生產(chǎn)條件的改變進(jìn)行快速響應(yīng)，例如為批量處理工藝安排合適的lot，預(yù)先將WIP停在合適的步驟、設(shè)備停機(jī)、設(shè)備維護(hù)以及其他計(jì)劃內(nèi)或計(jì)劃外的事件。
200mm AMHS的作用是直觀地控制WIP和取代沒有任何附加價(jià)值的interbay人工搬送。AMHS的存儲(chǔ)容量和傳送速度必須能夠滿足生產(chǎn)需要，使操作工人可以及時(shí)獲取所需WIP。200mm fab中，AMHS起到非常重要的作用，它可以使fab實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，可以幫助操作工人提高生產(chǎn)速度和縮短生產(chǎn)周期。
早期的300mm自動(dòng)化傳送系統(tǒng)
早期的300mm AMHS系統(tǒng)實(shí)際上是200mm interbay傳送系統(tǒng)的延伸，它在已有interbay傳送系統(tǒng)上增加了intrabay傳送系統(tǒng)。當(dāng)然，存儲(chǔ)貨架（stocker）需要增加額外功能-interbay/intrabay之間的傳送界面；此外，還要增加stocker容量，用于取代intrabay WIP的存儲(chǔ)。300mm AMHS系統(tǒng)還增加了一種新型的運(yùn)輸工具-intrabay空中運(yùn)輸（OHT）小車，它可以將物料（FOUP）直接傳送到設(shè)備?，F(xiàn)在就可以進(jìn)行l(wèi)ot的全自動(dòng)運(yùn)送了。首先，系統(tǒng)將lot從工藝設(shè)備的裝載端口（port）轉(zhuǎn)移到OHT小車上并傳送到各區(qū)所在stocker里面；然后，stocker機(jī)械手將lot轉(zhuǎn)移到interbay界面，裝載到interbay空中往返運(yùn)輸車（OHS）上；接著，OHS將lot運(yùn)送到離下一道工序最近的stocker中存儲(chǔ)起來（圖2）；需要加工這個(gè)lot時(shí)，intrabay OHT到stocker自動(dòng)調(diào)取該lot，將其運(yùn)送到設(shè)備端并放置在設(shè)備的裝載port上。整個(gè)傳送順序如圖3所示。
圖2. 200mm interbay自動(dòng)化傳送系統(tǒng)：空中往返運(yùn)輸車（OHS）和存儲(chǔ)貨架（stocker）
圖3. 300mm AMHS分離式傳送系統(tǒng)傳送順序示意圖
這是一套高度機(jī)械化的分離式傳送系統(tǒng)，整個(gè)動(dòng)作需要進(jìn)行兩次stocker之間的傳送，OHT裝載車只能在指定的intrabay內(nèi)部工作，需要通過總系統(tǒng)將各個(gè)分離部分（intrabay, stocker, interbay）的控制子系統(tǒng)聯(lián)系在一起。傳輸管理只能局限于與傳送動(dòng)作相關(guān)的有限區(qū)域內(nèi)，整個(gè)系統(tǒng)的傳送速度受到固定。這種早期的AMHS設(shè)計(jì)實(shí)際上是建立在早期fab工藝流程的基礎(chǔ)上的，它必須根據(jù)intrabay的生產(chǎn)速度為各個(gè)intrabay分派許多空中運(yùn)輸車。分離式的布局限制了AMHS的靈活性，它不能對(duì)工藝流程或其它異常事件做出快速反應(yīng)。
分離式300mm AMHS系統(tǒng)能根據(jù)MES的需求（“下一步是什么”）做出反應(yīng)，完成整個(gè)制造系統(tǒng)的目標(biāo)。但是，分離式AMHS系統(tǒng)interbay OHS運(yùn)輸車和intrabay OHT運(yùn)輸車的數(shù)目是固定不變的。運(yùn)輸車的重新配置必須通過人工操作來完成，因此限制了分離式AMHS系統(tǒng)對(duì)fab變化的響應(yīng)速度。
現(xiàn)在的300mm自動(dòng)化傳送系統(tǒng)
300mm AMHS intrabay傳送和設(shè)備之間的直接傳送給早期的AMHS系統(tǒng)帶了巨大的挑戰(zhàn)，它要求能夠?qū)崿F(xiàn)類似操作工人那樣的靈活性。在早期300mm分離式系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，AMHS供應(yīng)商正在嘗試對(duì)其進(jìn)行修改，改善AHMS自動(dòng)化系統(tǒng)的靈活性和柔性。
首先，OHT系統(tǒng)被延伸到interbay區(qū)域，OHT運(yùn)輸車可以在fab內(nèi)的任何地方漫游。與分離式intrabay布局相比，統(tǒng)一后的布局方式有許多顯著優(yōu)點(diǎn)：
● 不同bay之間傳送時(shí)不再需要在stocker進(jìn)行傳送。
● 可以實(shí)現(xiàn)不同bay不同設(shè)備之間的直接傳送，時(shí)間更短，速度更快。
● 可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡，傳送系統(tǒng)可以“預(yù)計(jì)”生產(chǎn)速度的需要并且合理分配各區(qū)運(yùn)輸車的數(shù)目。
● 可以為距離最近的運(yùn)輸車動(dòng)態(tài)分配任務(wù)——當(dāng)一輛運(yùn)輸車完成一項(xiàng)任務(wù)后系統(tǒng)可以根據(jù)其所處位置合理分配下一項(xiàng)任務(wù)。即使此時(shí)已經(jīng)為另外一輛距離更遠(yuǎn)的運(yùn)輸車分配了任務(wù)，也可以進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。
就象200mm fab中操作工人將前道工序完成的lot事先搬送到下一代工藝設(shè)備附近一樣，現(xiàn)代化的AMHS系統(tǒng)中可以將FOUP存儲(chǔ)位置從stocker轉(zhuǎn)移到靠近下一道工藝設(shè)備最近的地方，通常稱為軌道下方存儲(chǔ)（under-track storage，UTS）或零占地面積存儲(chǔ)（zero-footprint storag，ZFS）系統(tǒng)。UTS就象是線性分布的小stokcer，它可以隨時(shí)被運(yùn)走或放置到設(shè)備上。UTS使用了潔凈室的部分空中預(yù)留空間，但是不會(huì)占用工藝設(shè)備空間（圖4）。UTS具有以下優(yōu)點(diǎn)：
圖4. 具有UTS存儲(chǔ)功能的整體式300mm AMHS系統(tǒng)
● 使WIP更加靠近工藝設(shè)備，縮短從存儲(chǔ)貨架到設(shè)備端的傳送時(shí)間。
● 減小存儲(chǔ)貨架占地面積，省下空間放置更多工藝設(shè)備。
● 成本低，UTS不僅可以減少投資，而且可以減少占地面積、提高可靠性和取消定時(shí)保養(yǎng)維護(hù)。
為了支持整體式AMHS、動(dòng)態(tài)傳送路線選擇和UTS存儲(chǔ)，AMHS傳輸控制和物料控制系統(tǒng)必須具有正確分配任務(wù)、高效利用資源、動(dòng)態(tài)平衡fab負(fù)載、持續(xù)檢測(cè)與WIP相關(guān)的上百個(gè)參數(shù)并及時(shí)做出反應(yīng)的智能功能。通過intrabay和interbay系統(tǒng)的統(tǒng)一與整合，控制系統(tǒng)可以直觀地顯示和協(xié)調(diào)控制各個(gè)傳輸動(dòng)作。通過動(dòng)態(tài)控制空中傳輸車位置，fab內(nèi)傳輸系統(tǒng)的各項(xiàng)資源可以得到最佳優(yōu)化和利用。AMHS的動(dòng)態(tài)決策功能使AMHS從早期通過快速機(jī)械運(yùn)動(dòng)縮短生產(chǎn)周期的設(shè)計(jì)理念過渡到智能控制空中運(yùn)輸車位置、合理派工的新理念。此外，信息自動(dòng)化和傳輸自動(dòng)化系統(tǒng)還可以通過fab管理軟件整合在一起，通過MES數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)派工信息、設(shè)備工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)和AMHS功能提高生產(chǎn)速度和動(dòng)態(tài)分配任務(wù)。當(dāng)這些系統(tǒng)被預(yù)顯畸合在一起、優(yōu)點(diǎn)得到充分發(fā)揮時(shí)，我們還能獲得額外的附加值和好處。通過這種整合，AMHS系統(tǒng)可以預(yù)計(jì)各種物料的需求量，并且根據(jù)制造環(huán)境的變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整?，F(xiàn)在的300mm系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)fab運(yùn)作模式和早期AMHS系統(tǒng)所不能達(dá)到的功能，給fab帶來更多的附加值。
現(xiàn)代AMHS系統(tǒng)的評(píng)估必須依賴于復(fù)雜的模擬系統(tǒng)。通過模擬系統(tǒng)可以將AMHS與生產(chǎn)速度和生產(chǎn)周期連在一起。終端用戶必須評(píng)估哪種AMHS系統(tǒng)能夠提供最好的功能和最好地與fab信息系統(tǒng)整合在一起。同時(shí)，終端用戶還要考慮fab信息系統(tǒng)的發(fā)展方向以及與之相兼容必須滿足的條件。
整體式AMHS系統(tǒng)和UTS的開發(fā)降低了存儲(chǔ)貨架（stocker）的作用。然而，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)顯示當(dāng)fab存儲(chǔ)需求超出UTS容量或者突然需要大量運(yùn)輸車時(shí)，非UTS存儲(chǔ)系統(tǒng)還是必須的，這種情況還需依靠大量的存儲(chǔ)系統(tǒng)和分布在bay內(nèi)部的OHT I/O端口。
300mm自動(dòng)傳送系統(tǒng)的未來挑戰(zhàn)
現(xiàn)在的300mm AMHS系統(tǒng)必須在提高生產(chǎn)速度、縮短生產(chǎn)周期和快速適應(yīng)fab制造環(huán)境變化等方面進(jìn)行持續(xù)改善。此外，300mm AMHS系統(tǒng)必須能夠在首次投片到成熟生產(chǎn)期間快速發(fā)展和壯大起來，同時(shí)適應(yīng)和滿足fab的各種需求。最后，為了優(yōu)化和利用現(xiàn)有系統(tǒng)，fab必須深入研究AMHS模擬系統(tǒng)，領(lǐng)會(huì)和了解將各個(gè)軟件系統(tǒng)完全整合在一起對(duì)充分發(fā)揮AMHS功能，滿足fab目標(biāo)的作用。
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