通常，自動化是指集成在自動過程中用于降低人工操作程度的硬件和軟件系統(tǒng)。自動化又包括信息自動化和物流自動化兩個部分（圖1）。信息自動化與工藝步驟的執(zhí)行過程相關，包括制造執(zhí)行系統(tǒng)（manufacturing execution system, MES）、信息通訊、工藝設備工作狀態(tài)監(jiān)測（用于工作程序和工藝過程管理）、物料識別和追蹤等等。物流自動化通常和WIP傳送相關（例如FUOP，SMIF等），包括如何將其運送到工藝設備端或者在不同的存儲區(qū)域之間進行調度，以及晶片在工藝設備內部的傳送（包括設備內部緩沖區(qū)，裝載端口-port，晶片傳送機械手臂等）。
圖1. 工廠自動化系統(tǒng)的典型組成：信息自動化和傳送自動化（本文指物流自動化）。
從整個工廠的角度來看，許多設備內部的自動化晶片傳送部件都可以被定義為信息自動化系統(tǒng)中設備控制和管理功能的一部分。除了WIP自動傳送外，光罩傳送自動化也是傳送系統(tǒng)自動化的一項內容。通常，人們將傳送WIP和光罩的自動化系統(tǒng)定義為自動物流處理系統(tǒng)（AMHS），它已成為現(xiàn)代化300mm半導體工廠自動化系統(tǒng)中最大的單項投資項目。
過去幾年的經驗顯示信息自動化可以大大推動產品成品率（yield）的提高。因為信息自動化可以大大提高設備管理水平、進行工藝數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計工藝控制（SPC）、保證物流控制更加順利，同時還可以提高recipe管理水平和提高物質識別準確率，從而減少誤操作和返工（rework）現(xiàn)象。此外，信息自動化還可以改善WIP的直觀監(jiān)控，實現(xiàn)先進的實時派工，提高生產速度。經驗證明，對信息自動化進行投資可以增加fab附加價值。
過去，物流自動化的作用在于保證工藝設備有事可做，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工藝設備。通常，200mm fab采用人工傳送和存儲WIP、或者人工傳送和interbay之間自動傳送與存儲相結合的運作模式。Intrabay更加復雜的傳送和存儲則通過操作工人按照信息自動化系統(tǒng)的指示來完成，從而在合適的時間將合適的WIP傳送到合適的設備上。Interbay自動化取代了操作工人的長距離搬送。
對于300mm fab來說，人工WIP處理已經被自動化傳送系統(tǒng)所取代，包括所有工藝設備之間FOUP的傳送、存儲和分發(fā)。早期的300mm fab是通過MES系統(tǒng)對傳送和存儲流量進行控制的，AMHS主要用于滿足MES下一道工藝對加工物料的需求。此外，可以通過AMHS控制軟件對物料存儲、管理和傳送路線進行優(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，可以在預估工藝完成時間的基礎上預測WIP傳送需求，對fab內發(fā)生的各種異常狀況或生產環(huán)境的改變（例如計劃外設備停機等）進行自動響應?，F(xiàn)在的AMHS系統(tǒng)已經從上一代“下一道工藝步驟”響應系統(tǒng)發(fā)展到最大程度減少設備空閑時間、提高生產速度、縮短生產周期和實現(xiàn)fab生產目標的先進系統(tǒng)。
200mm自動化傳送系統(tǒng)
對于早期的200mm fab來說，大部分WIP傳送、存儲和分發(fā)是通過人工操作完成的。后來的200mm fab在人工操作基礎上結合了interbay自動傳送和存儲系統(tǒng)，然而WIP和設備之間的流通仍然沒有實現(xiàn)自動化。200mm fab向自動化傳送系統(tǒng)的轉變是迫于fab規(guī)模擴大和產量提高所帶來的壓力。為了提高生產效率或生產更多種類的產品，許多200mm fab采用了AMHS系統(tǒng)促進生產或改善多種產品共線生產的管理，最終開發(fā)出更先進的fab布局，充分利用interbay高效率自動傳輸?shù)膬?yōu)點。
AMHS能夠滿足更大規(guī)模fab運行的需求。此外，fab內操作工人和信息自動化系統(tǒng)以及產品管理系統(tǒng)之間的密切合作也是提高生產速度、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)經理可以通過各區(qū)的生產經驗和相關知識提高生產速度，達到生產時間表的要求。操作工人可以通過其聰明才智對生產條件的改變進行快速響應，例如為批量處理工藝安排合適的lot，預先將WIP停在合適的步驟、設備停機、設備維護以及其他計劃內或計劃外的事件。
200mm AMHS的作用是直觀地控制WIP和取代沒有任何附加價值的interbay人工搬送。AMHS的存儲容量和傳送速度必須能夠滿足生產需要，使操作工人可以及時獲取所需WIP。200mm fab中，AMHS起到非常重要的作用，它可以使fab實現(xiàn)大規(guī)模生產，可以幫助操作工人提高生產速度和縮短生產周期。
早期的300mm自動化傳送系統(tǒng)
早期的300mm AMHS系統(tǒng)實際上是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)。當然，存儲貨架（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。300mm AMHS系統(tǒng)還增加了一種新型的運輸工具-intrabay空中運輸（OHT）小車，它可以將物料（FOUP）直接傳送到設備。現(xiàn)在就可以進行l(wèi)ot的全自動運送了。首先，系統(tǒng)將lot從工藝設備的裝載端口（port）轉移到OHT小車上并傳送到各區(qū)所在stocker里面；然后，stocker機械手將lot轉移到interbay界面，裝載到interbay空中往返運輸車（OHS）上；接著，OHS將lot運送到離下一道工序最近的stocker中存儲起來（圖2）；需要加工這個lot時，intrabay OHT到stocker自動調取該lot，將其運送到設備端并放置在設備的裝載port上。整個傳送順序如圖3所示。
圖2. 200mm interbay自動化傳送系統(tǒng)：空中往返運輸車（OHS）和存儲貨架（stocker）
圖3. 300mm AMHS分離式傳送系統(tǒng)傳送順序示意圖
這是一套高度機械化的分離式傳送系統(tǒng)，整個動作需要進行兩次stocker之間的傳送，OHT裝載車只能在指定的intrabay內部工作，需要通過總系統(tǒng)將各個分離部分（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作相關的有限區(qū)域內，整個系統(tǒng)的傳送速度受到固定。這種早期的AMHS設計實際上是建立在早期fab工藝流程的基礎上的，它必須根據(jù)intrabay的生產速度為各個intrabay分派許多空中運輸車。分離式的布局限制了AMHS的靈活性，它不能對工藝流程或其它異常事件做出快速反應。
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，完成整個制造系統(tǒng)的目標。但是，分離式AMHS系統(tǒng)interbay OHS運輸車和intrabay OHT運輸車的數(shù)目是固定不變的。運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fab變化的響應速度。
現(xiàn)在的300mm自動化傳送系統(tǒng)
300mm AMHS intrabay傳送和設備之間的直接傳送給早期的AMHS系統(tǒng)帶了巨大的挑戰(zhàn)，它要求能夠實現(xiàn)類似操作工人那樣的靈活性。在早期300mm分離式系統(tǒng)經驗的基礎上，AMHS供應商正在嘗試對其進行修改，改善AHMS自動化系統(tǒng)的靈活性和柔性。
首先，OHT系統(tǒng)被延伸到interbay區(qū)域，OHT運輸車可以在fab內的任何地方漫游。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：
● 不同bay之間傳送時不再需要在stocker進行傳送。
● 可以實現(xiàn)不同bay不同設備之間的直接傳送，時間更短，速度更快。
● 可以實現(xiàn)動態(tài)負載平衡，傳送系統(tǒng)可以“預計”生產速度的需要并且合理分配各區(qū)運輸車的數(shù)目。
● 可以為距離最近的運輸車動態(tài)分配任務——當一輛運輸車完成一項任務后系統(tǒng)可以根據(jù)其所處位置合理分配下一項任務。即使此時已經為另外一輛距離更遠的運輸車分配了任務，也可以進行及時調整。
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備附近一樣，現(xiàn)代化的AMHS系統(tǒng)中可以將FOUP存儲位置從stocker轉移到靠近下一道工藝設備最近的地方，通常稱為軌道下方存儲（under-track storage，UTS）或零占地面積存儲（zero-footprint storag，ZFS）系統(tǒng)。UTS就象是線性分布的小stokcer，它可以隨時被運走或放置到設備上。UTS使用了潔凈室的部分空中預留空間，但是不會占用工藝設備空間（圖4）。UTS具有以下優(yōu)點：
圖4. 具有UTS存儲功能的整體式300mm AMHS系統(tǒng)
● 使WIP更加靠近工藝設備，縮短從存儲貨架到設備端的傳送時間。
● 減小存儲貨架占地面積，省下空間放置更多工藝設備。
● 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保養(yǎng)維護。
為了支持整體式AMHS、動態(tài)傳送路線選擇和UTS存儲，AMHS傳輸控制和物料控制系統(tǒng)必須具有正確分配任務、高效利用資源、動態(tài)平衡fab負載、持續(xù)檢測與WIP相關的上百個參數(shù)并及時做出反應的智能功能。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)調控制各個傳輸動作。通過動態(tài)控制空中傳輸車位置，fab內傳輸系統(tǒng)的各項資源可以得到最佳優(yōu)化和利用。AMHS的動態(tài)決策功能使AMHS從早期通過快速機械運動縮短生產周期的設計理念過渡到智能控制空中運輸車位置、合理派工的新理念。此外，信息自動化和傳輸自動化系統(tǒng)還可以通過fab管理軟件整合在一起，通過MES數(shù)據(jù)、實時派工信息、設備工作狀態(tài)監(jiān)測和AMHS功能提高生產速度和動態(tài)分配任務。當這些系統(tǒng)被預顯畸合在一起、優(yōu)點得到充分發(fā)揮時，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)可以預計各種物料的需求量，并且根據(jù)制造環(huán)境的變化進行動態(tài)調整?，F(xiàn)在的300mm系統(tǒng)可以實現(xiàn)傳統(tǒng)fab運作模式和早期AMHS系統(tǒng)所不能達到的功能，給fab帶來更多的附加值。
現(xiàn)代AMHS系統(tǒng)的評估必須依賴于復雜的模擬系統(tǒng)。通過模擬系統(tǒng)可以將AMHS與生產速度和生產周期連在一起。終端用戶必須評估哪種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，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)降低了存儲貨架（stocker）的作用。然而，實際經驗顯示當fab存儲需求超出UTS容量或者突然需要大量運輸車時，非UTS存儲系統(tǒng)還是必須的，這種情況還需依靠大量的存儲系統(tǒng)和分布在bay內部的OHT I/O端口。
300mm自動傳送系統(tǒng)的未來挑戰(zhàn)
現(xiàn)在的300mm AMHS系統(tǒng)必須在提高生產速度、縮短生產周期和快速適應fab制造環(huán)境變化等方面進行持續(xù)改善。此外，300mm AMHS系統(tǒng)必須能夠在首次投片到成熟生產期間快速發(fā)展和壯大起來，同時適應和滿足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)，領會和了解將各個軟件系統(tǒng)完全整合在一起對充分發(fā)揮AMHS功能，滿足fab目標的作用。
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