300mm 半导体 Fab自动搬送 System

半导体 及 FPD Fab中 关于 自动搬送 System 3个内容组成。
第一 ‘300mm 半导体 Fab 自动搬送System’ 内容
第二 ‘FPD Fab中 自动搬送 System’ 内容
第三 ‘自动搬送 System 和 Fab Layout 计划, 设计 及 模拟分析’ 在构建与前面的300mm 半导体Fab最近被刻画的 FPD Fab 的自动反搬送System之前,将从为了构成System布局的构成方法及审议事项和通过模拟进行的预测和分析的层面上,撰写文章。


  300mm口径半导体产业进入半导体产业的意义在于,与现有的200mm(8英寸)口径的晶片生产工程相比,生产效率得到了突飞猛进的发展。

半导体的生产效率从晶片口径的差距来看,可以提高12英寸晶片的生产效率,达到8英寸晶片的2.25倍。
这种高生产率需要晶片的口径变化和各工程技术的支持,而且只有在所有生产工程都自动化的制造系统下,才能实现。

这种完全自动化的制造系统在增加生产效率的同时,确保灵活性,确保各工程间物流的顺畅转移,各单位设备间接口技术的基础上,所有的制造系统成为一个系统性,Fab本身就像一个制造设备一样构成。

在这些完全自动化的制造系统中,为了在各个工程之间顺畅或灵活地运送物流,在各工程设备之间负责Buffer功能的Stocker系统,负责运输工程之间物流的OHS(Over Head Shuttle), OHT(Overhead Hoist Transport)系统,或者Intrabay内负责物流的OHT;它与AGV(Automated Guided Vehicle)、RGV(Rail Guided Vehicle)系统同时,有效地控制和管理这些复杂系统的活动,迅速改变工程流程,防止工程间物流的交错状态和交通堵塞。下面介绍一下物流转运的核心部分,以及这些系统的一般组成,目的和功能。

[图 1] 根据 Wafer 口径 生产性

300mm 半导体 Fab 特性
  半导体工程是在晶片上多层铺设超微细电路的过程,因此是非常复杂的工程。因此,利用传统生产线的设备配置,工程间的物流是不可能移送的。使用很多工程间的同一设备,应该对工程进行中的每一个晶片进行的工程进行时间监控,直到完成25次以上的重复工程为止,必须按照各工程的顺序进行移送。[图2]在半导体工程中可以看到,为了运输更多的工程次数和重复的工程之间的物流,各个工程设备和工程设备之间能否在规定的时间内转运是一个重要的问题。在完成某项工程设备前,要一直在一定的位置等待,[图3],每项工程完成时,该晶片必须使用特定系统进行下一步工程。Fab内wiper需要等待的是公平中的再施工(WIP: Work In Process),这也可以表现为公正中的再施工(Work In Process),因此最大限度地减少这一数量(再施工)也是重要课题。根据如何规划自动返送系统,将会对工程效率产生很大的影响,同时,软件的运用算法也在研究之中。它的效率,它的弹性,为了保证各种系统间的通讯和接口,国际半导体设备标准化机构——SEMI制定了“SEMI Standard(Semiconductor Equipment and Materials International Standard)”的标准化规约,对各系统间可能出现的详细事项进行了规定。SEMI的这一规定可以说是对为使工程设备和移送设备之间的功能分化(分担作用)和统一性这两种不同概念共存的各种事项的标准化。

[图 2] 半导体 Fab 反复工程
[图 3] System 简略化
 

300mm 半导体 Fab是 Interbay 和 Intrabay 构成.
Interbay位于制造系统的中央,作为各工程间物流转移的中央通道,最需要Fab内为消化大量物流系统的信赖性和效率性的地方,主要由Track系统(OHT, OHS)负责。

在半导体Fab上使用Interbay和Intrabay这个Bay概念的布局,是因为半导体工程太复杂,重复了很多工序,每一个工序或设备之间的物流输送,需要组成复杂的移送系统,像蜘蛛网一样;因为目前对这些要求事项,将物流移送系统整合成一个工程化,由中央负责大部分的物流转移,在费用和效率上适合半导体工程的特殊性。

[图 4] 300mm 半导体 Fab的 Bay Layout

运营Fab Soft Ware
在半导体Fab中软件系统的作用是非常重要的部分。
效率高的系统的运行将直接关系到生产力的高,它由以下组成:

MES (Manufacturing Execution System)
作为生产综合管理系统,是为了应对复杂的企业环境而从现有的材料需求量预测及处理计划——MRP系统与支持营业/承包管理及生产的其他系统相联系及综合的管理系统。

MCS (Material Control System)
MCS系统以各工程设备之间的H/W及S/W的信息为基础,整合运营了负责物流(Lot单位)转移的自动返送系统,根据材料流(Material Flow Control)分配适当的自动返送系统,判断优化的路线探索功能和适当的移送系统的功能。

AMHS Controller (Automated Material Handling System Controller)
是指以自动反馈系统的单位设备,包括Stocker、AGV、OHS和OHT等的controller,每个系统根据自身系统的需要,由GUI 上位软件和Motion控制系统各部分组成。

除了上述的操作软件之外,虽然有负责生产工程之间调度员工作的调度员,但是从自动调度员系统的观点来看,是由MCS和AMHS Controller运营自动调度员系统的部分。
各软件的上下通讯及操作规约也规定为SEMI的标准。MCS和AMHS系统中Stocker系统的规定,包括E88(StockerSEM)的一般功能,Stocker系统最初目的的储存功能和存货库相关的脚本、存货与出库时与其他系统的接口部分等细分。
StockerSEM具有储藏功能的Stocker系统相关的事项,OHT或OHS或AGV系统等的目的是只执行运输物流的功能,因此在其他标准E82(IBSEM)中规定了TSC(Transport System Controller)相关的事项。在中央Interbay负责物流的OHS或OHT的情况是,Stocker系统和OHS或OHT系统中,哪个系统是主(Active)或部(Passive)系统的规定被重新定义。

[图 5] Software Architecture


Interbay System

 将装有300毫米晶片的FOUP (Front-Opening Unified Pod)系统装载到转运体(Vehicle)上方的系统称为OHS,将Fab内的自动转运系统从中央传送到全体物流运输系统中要求具备高效率和高可信度的系统称为OHT。之前的200毫米半导体Fab是中央转运系统Interbay主要使用OHS系统,各Intrabay内的反馈主要使用OHT系统,而300毫米半导体Fab是中间转运系统(WIP)“Work In Process”是将Work In Process最小化的概念,正在进行设计,因此将OHT系统统一到Interbay和Intrabay中使用。

Interbay系统的物流吞吐量可分为两层的Track系统和Stocker System,将Interbay系统的物流吞吐量分送至整个Fab内部所需的吞吐量和Intrabay的Track系统;

Interbay OHT System
 Track系统是300毫米的情况下以单轨双级形态使用,上位OHT等级和下位OHT等级的FOUP的传达是利用Bay内存在的Stocker系统。 [图 6]
上层(OHT)系统的传输速度比下层(2米/sec以上)要快,而移送单位Vehicle是为移送至目的地的Vehicle的混杂性;与其他Vehicle的Rail占有现状及behicle的分配等情况一样,Vehicle的状态需要实时掌握,因此运营软件(OHT Controller)的作用将对Fab内的物流转移能力产生很大的影响。

[图 6] Interbay 内 双层 OHT System
[图 7] OHS, Stocker System
 

Intrabay System
 在Bay内进行各项工程的物流转移,除其他自动运输系统外,还需要增加与工程设备的接口。
另外,由于半导体工程的特性上对微尘粒子(Particle)也非常脆弱,所以晶片被使用在工程设备中,在为其他工程转移时不被暴露的FOUP(Front Opening Unified Pod)保护,在设备内,晶片从外部的输入和出库时也能自动地实施Open/Close,从而从微尘中分离出来该公司负责晶片的保护及其他物流输送系统(OHT, AGV等)的接口作用。

Intrabay内的自动载运系统大体由AGV、RGV、OHT等系统组成,但AGV、RGV系统的效率较低,在Intrabay内应与工作人员(Operator)处于同一位置,因此,300毫米的Fab主要使用的是Track系统(OHT)。

[图 8] Intrabay OHT System
 

如果使用Intrabay中的OHT系统,各Bay可以按照各自的整合或分离形态构成系统布局使用。OHT系统按Bay的不同链接使用时,可以以和[图片9]一样的形态构成,这样可以减少Stocker系统。由于在300毫米Fab中具有将Stocker系统最小化的倾向,因此将各Bay都联系起来,组成一个统一的OHT Track。如果所有Bay都连接起来组成一条铁轨,那么,移送铁轨必须具有” Merge/Diverge “的功能。
[图 10] 它是将Interbay与Intrabay分离的形态,主要在200毫米Fab中使用。把Interbay和Intrabay分开使用时,如果需要Rail和Rail之间的返回,可以考虑使用TFE(Transfer Equipment),但真正适用TFE的情况并不多。大部分情况下,利用Interbay与Intrabay之间的Stocker将Interbay与Intrabay连接使用。

[图 9] Intrabay Track System Multi-Bay Link 形态
[图 10] Interbay 和 Intrabay 分离 TrackSystem
 

Intrabay中 主要使用OHT理由
– 搬送能力优秀;
– oht可以利用Bay上部的剩余空间安装和运用。
– 运用clean Room需要很多费用,但OHT不需要为系统补充的空间,因此可以起到节省费用的效果。
– bay内的Operator与OHT的Vehicle运行不能同时进行,因此工作人员的安全性很高。
– 系统在上层,下面可以运用其他空间空间,以便Bay运用。
– 随着产量的变化,Vehicle非常容易受冻。
Intrabay内的Track系统由于每个设备之间的距离都很短,所以与Interbay内的Track系统相比,其速度处于较低的状态。


FOUP Opener System:

FOUP Opener系统是各工程设备的Load port,各port分别安装BCR (Bar Code Reader),具有将晶片正在进行中的工程信息传达给工程设备的功能和检测晶片的排序状态等功能。
如果同时安装FOUP Opener,可以使用为EFEM系统。

AGV / RGV System :
AGV系统的引进300毫米的用户部分初期,他是否有适用了实验。但是,intrabay operator和局限性的空间和安全性、盘松效率等因素时被排除在适当的倾向。 [图11]

另外,如果使用AGV系统,将物流从Intrabay转移到Interbay时,必须在Intrabay和Interbay的角落里安装Stocker系统。正如前面所提到的,最近的趋势是在Fab内以最小化WIP的概念组成自动反馈系统,因此,如果在Intrabay和Interbay之间设置Stocker系统,就像在原有的200毫米Fab中一样,应随时保持一定数量的工程间再利用(WIP: Work In Process)。

[图 11] Intrabay内 AGV和 RGV System

OHT Loop和 Interbay와 Intrabay间合并时 优缺点 比较
优点 : Stocker数量的划时代的减少(50%以内)

对AMHS的巨大节省。
Interbay内物流运输班次减少
减少OHT Controller的数量
Stocker Robot减少使用率及减少必要的存储空间

缺点 : 根据OHT的性能,Fab内物流运输风险的增加。
特定Intrabay内OHT Vehicle的需要数量的增加
Bay和Bay之间的物流移送可以增加移送时间和距离。

结论
强调300毫米半导体Fab的自动载运系统最重要的部分是Interbay与Intrabay的物流转运,及其系统效率对Fab整体效率有很大的影响。
整理了AMHS系统中在300毫米Fab内对实际操作效率影响最大的Interbay和Intrabay中OHT系统布局下的各种形态系统特征。

Interbay 自动搬送系统
Bay Stocker : Interbay内 储存功能和 Intrabay AMHS Link 功能
Interbay Track(OHT,OHS) : Interbay Stocker间 Link物流搬送

Intrabay 自动搬送西酮
Link 形态 OHT 系统
已Link OHT系统是 Bay内的 Tool 和 Tool间 直接 物流搬送
Bay间 或者 Bay Stockers间 交叉点 利用 Turntable 链接

MCS Integrator
Interbay 自动搬送系统 Intrabay 自动搬送系统间 Bridge 功能 担当

Interbay和 Intrabay的 合并处 OHT Layout
1. 通过OHT模式分散Buffering
– Tool和Tool都是可以直接传送的Fab,从Tool也很容易从下一个Buffer移送。
– 在重要的Tool中,利用Tool本身的Buffer来补偿相对较长的迁徙时间。
2. OHT运用技术的重要性
– Vehicle管理:Vehicle的路径设置和分配,维也纳Vehicle的分配
– Scheduler功能:Vehicle分配与OHT系统的资源管理(有效率运营的目的)
3. 不需要Interbay和Intrabay的Bridge功能。
– Stocker Robot Move的最小化:比整个WIP量减少Stocker的数量。

Interbay和 Intrabay 分离处 OHT Layout
Interbay AMHS
Bay Stocker : Interbay 内 储存功能和 Intrabay AMHS link 功能
Interbay Track(PHT, OHS) : Interbay Stocker间 Link 物流搬送

Intrabay AMHS
Intrabay内 Tool和 Tool 物流搬送 担当 : OHT, AGV, RGV, PGV等

根据上面提到的Interbay和Intrabay的整合或分布式布局,将Interbay内物流量和Intrabay Tool的物流量整合运用时,Intrabay间的物流输送时间可延长至一定程度,核心工程设备的情况下,需要自身Buffer功能;Interbay与Intrabay分离运用时,根据Intrabay内所需的物流流量,MHS(Material Handling System)的选择将变得多样。

JT Shin / CEO

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