FPD Fab中 自动搬送 系统

‘FPD Fab中的自动返送系统是第一个300毫米半导体Fab的自动返送系统,因此可以根据TFT-FPD量产线的世代(Generation)的变化,不同的系统适用,以实际量产线的变化倾向为主制定。在下次会议上制定的自动反送系统和Fab布局的计划、设计及模拟分析中,为了优化半导体及FPD Fab的自动反送系统,将针对模拟的方法、统计分析和Fab的整体流程和考虑事项进行编制。

1. 导言 
Fab的自动反馈系统的变化要求的是与半导体产业的从200毫米到300毫米的变化不同的层次的变化。
现有的半导体Fab的自动反送系统的变化,只要求改善和运用不改变Fab布局的形态,考虑生产方面效率的自动反送系统的性能和运用方法,但是FPD Fab的情况是,根据FPD世代(Generation)的变化可以应对的系统是什么?我们的焦点是在由这样的系统构成时构成有效的布局。

FPD世代的变化意味着FPD用Glass大小的变化。
可以说,4.5世代的批量生产线上,对最近10.5克世代变化的自动传输系统的变化是每年都在开发和实行的。这种突如其来的变化成为应对生产线的生产装备业界和自动返送装备业界在最短时间内完成应对技术开发的课题。FPD Fab的生产线在工程(Process)方面与半导体的性质相似,但在生产设备方面具有完全不同的性质。从半导体生产设备的情况来看,各生产设备的目标是开发固有的装备模式,但从FPD生产工程设备的情况来看,随着生产基础材料Glass的大小大型化,超越局限于生产效率和可信度的装备开发,能否制定出机构性的适用可能性和目标(Yield)的验证时间极其有限。在这种情况下,各装备企业正在为技术开发投入更多的费用和人力。
随着Glass的规模越来越大,这些短期技术开发的要求和实际的批量生产Fab的应用,使得Glass的生产设备和自动反馈系统能够实现大型化。由于不能适用现有的模块化设备形态,而且根据各Fab的设计变化,必须适用不同的设备,所以设备本身的灵活性正在得到大幅发展,而其可靠性的验证时间也非常小,因此,原本理所当然的可靠性确保现在成为了必须确认的事项。

根据这一趋势,需要自动返送设备的FPD用收件箱的大小和重量根据Fab的不同而多样化(非标准化),在基本的自动返送系统中也出现了不能使用的系统。随着FPD Fab所要求的“与数量相比,使用面积更大”的要求,在克里姆林宫对缓冲器空间最小化的努力,与半导体相比,缓冲器空间的确保和传送系统在完全不同的方向上被使用。

[图 1] TFT-FPD 大小变化

2. FPD Fab Layout 自动搬送系统
FPD Fab的设计与[图片1]一样,从最近完成批量生产体制的4.5代到8.5代,最近适用批量生产体制,但TFT-LCD以电视市场为主要目标,所以大小的竞争才能成为批量生产的竞争力,但最近OLED成为新的显示屏产业的主角。
这种OLED(Lgid OLED或Flexible OLED)显示屏在目前的量产设备技术及收费率(Yield)方面,由于产品量产技术的难,所以将其集中在可以提高“Yield”的大小(6G Half, 1500 x 1800)上,计划并执行量产线。但据了解,与TFT-LCD相比,目前的情况是量产收率较低。这种大小的变化,在自动载波系统的适用方面,不是将现有的6G系统直接适用(Macro moves),而是考虑将配合新程序的微小载波系统细分使用(Micro moves),正在实际适用。

生产设备和缓冲之间的移动通道需要以发回单位最少2~3倍的空间,因此在整体布局中为了消除这部分,引入了将工程设备在缓冲(Stocker)中进行轮滑(In-Line),省去移动的空间和时间,在提高生产效率的同时减少费用这两种获得的概念。特别是在完成一贯的工程的部分和检查工程等方面,工程设备的Stocker内的直排生产线成为TFT-FPD生产线上的必须对策。[그림 2]不仅在工程间物流的简单化方面,还可产生符合量产链的最终目的——最大限度地减少工程间再制品(WIP: Work In Process)的量产链。但是,由于这种变化,作为Buffer使用的Stocker内的Robot Crane的效率提高,对于发生故障时的应对方案,作为特定的Stocker的应对方案,运用两种Robot,以满足必要的cycletime和发生故障时另一种Robot的应对方案提出了。

[图 2] (Bay)概念 到 (In-Line)概念 变化

3. Stocker系统 及 工程设备(In-Line)
能够适用Stocker系统和工程装备生产线的部分,在与检查工程相同的特定或所有Lot不进行一贯性的作业,而只适用于一部分物流工程的部分。在这种情况下,Stocker系统将同时承担物流输送装备的性质和临时储存功能。运输至轮机Stocker的货物将利用现有的AGV、RGV、Conveyor或OHS。至于选择什么样的系统,在全体Fab的结构中,应该考虑如何构成主要系统和邻近工程间的距离及其他装备的安排等。

 

[图 3] Stocker内 工程设备(In-Line)

Glass的大型化不仅在为缓冲的Stocker系统和工程设备之间产生影响,而且在工厂设备之间也正在实施Inline化。虽然TFT-FPD的工程与半导体相比具有非常简单的特性,但是实际重复的工程以4Mask为标准,主要工程进行了4次,虽然意义相同,但实际工程的内容相同。因此,很多设备在主工程前后的清洁工艺都可以作为主工程设备和单排使用。在这样的概念下,TFT-FPD的“量产线”的布局与半导体一样,脱离了Interbay及Intrabay的形态,随着各生产企业偏爱的系统,很多的变化和应用范围都有所不同。

[图 4] Stocker内 工程设备(In-Line)

以下 [图 4] Stocker系统和外部物流输送相关的接口在必要时适用,具有扩张功能的Stocker系统。
随着FPD原始版Glass的大型化,与所需要的缓冲器数量相比,缓冲器的大小变大,为了在有限的布局上确保储藏空间,通过Stocker系统的内部或外部,使得位于krynroom系统下方的“Sub Fab”的利用率变大。为了有效利用birinroom地区,为了保护Glass的致命浮尘(Particle),确保了能够起到Clean Tunnel等crinroom作用的部分清洁程度。为临近的Stocker之间的间歇性物流输送,使用了很多连接Stocker上层的Conveyor。

[图 5] 利用Stocker系统 扩张周边系统

针对Fab内部的层层活用,可以在建筑物结构上事先充分考虑Stocker系统,到Sub Fab的下端为止,设置一个Stocker系统。该系统的上部将位于克里米亚室地区,Robot所在的下端将位于非克里米亚室地区。因此,在Stocker系统的下端部分,应该充分考虑到对抗性清晰度的维持方案和系统内部清洁器的流向,来设计系统。

[图 6]  扩张到Sub Fab 的 Taller Stocker系统

4. 自动搬送系统 分类
自动搬送系统大体上可以分为移送卡片(Cassette)本身的系统和将Glass本身分送一张的分装方式。
移送盒式磁带本身的自动返送系统是已经使用过的基本系统,从运用Fab的角度来看,可以不另行设定Fab运营软件和各生产信息的处理等,而使用Glass时,需要进行不同的基本生产信息Lot管理。国际半导体设备标准化机构“SEMI(Semiconductor Equipment and Materials International Standard)”虽然规定了关于单张移送的Lot track相关规定,但实际应用尚未广泛适用。
如果将盒式磁带转换为移动体,则可以将盒式磁带分为从控制室Floor上面安装并移送的AGV、RGV、MGV和向克里米间上层传送的系统——OHS、以及Overhead Conveyor系统、为临时储存及移送的Stocker系统等。

4.1 Cassette 搬送方式

Cassette 搬送方式 系统 特性及 优缺点

AGV Transport Method
1. 特点

– Above-floor 搬送方式.
– 地面没有固定装置.
2. 优点
– 为了AGV 搬送 简单 变更 Root
– 利用 多辆 Vehicle 搬送 多量
3. 缺点
– 行驶中 需要充电.
– AGV移动路线 工作 及 地面平摊.
– 工厂内 气流 有所影响.
4. Operation Control
– 双方向的 行驶构造 及 防止碰撞
– Multi lane passing travel (高 vehicle物量)
– 为了 急速充电 运营 充电点

RGV Transport Method
1. 特点

– Above-floor 搬送方式.
– 地面安装 Rail上 移动.
2. 优点
– 可 高速 搬送.
– 每台 搬送 容量高. (cycle time 短)
– Under-floor track 上 与 MGV 可同时使用.
3. 缺点
– Vehicle 的 移动 Root 不可简单 变更.
– 地面 安装 Rail. (Blow floor rail type)
– 工厂内 气流 有所影响..

OHS Transport Method
1. 特点

– Ceiling 移送方式
– 天花板上 安装 Rail 上 Vehicle移动.
2. 优点
– 可高速移动, 简单增加 Vehicle.
– 在上部移动 可以保持 高洁净度.
– 空间 用途好.
3. 缺点
– 需要 天花板 修改.
– 考虑到 搬送地区 下部 洁净度.
– 挂在天花板 所以考虑 震动.

Overhead Conveyor 및 Clean Tunnel Transport Method
1. 特点

– 使用在 特定设备间 或 Stocker间 搬送.
– Clean Tunnel时 Under-floor 搬送方式.
2. 优点
– Overhead Conveyor系统时 上部 Clean Tunnel时 洁净间下部 非洁净间地区可安装 所以 使用效率高.
3. 缺点
– 费用高.
– 需要 Clean Tunnel 内 各别 结晶设备

MGV Transport Method
1. 特点

– Above-floor 搬送方式
– 人为 Cassette 搬送到 下个工程.
2. 优点
– 自动搬送系统发生问题时 临时搬送装置.
3. 缺点
– 搬送路径 障碍多. (其他系统适用时 同时使用 有困难点.)
– 作业效率低.
– 人为搬送 因有洁净度问题

4.2 单个 搬送方式
Glass超大型化时,随着原有的自动载货系统大型化,重量的增加由于现有克里米亚间结构问题而运行时产生的震动,对一些工程设备影响很大。特别为阻断工程设备内外部的振动而设置了提振台,但是从根本上来说,随着自动返送系统的重量增加和Glass的大型化,盒式磁带本身也增加了几百公斤,具有现有的补救措施很难实现的倾向.

虽然在第6代以后的第7代等提出了关于分装移送系统的更具体的方案,而且在部分相关业界有很多部分具体化,但几乎没有适用于目前的批量生产生产线,但预计将在第7代以后进行慎重考虑。

为引进这种分装系统,存在几个问题
第一, Loading/unloading area 小型化 (最小 安装空间)问题
第二, 短暂 Lead Time 实现
第三, 每一个工程设备都要从现有的Job shop虽然设计是必须的,但这是整个克里米亚空间的具有巨大的意义

“单张移送系统”在初期研究时,以上述3个问题为基础,作为补救对策,对移送方式进行了垂直移送方式的研究。垂直移送方式的情况是,虽然移送系统所需空间有所减少,但是整体的工厂设备本身并没有垂直进行,而是以汇票状态进行工程,因此在工程装备之间的接口上存在很多制约,在工程进行时需要Tray等附加装置,因此垂直移送方式受到了一定的限制。

Conveyor Transport Method
将Glass分装移送,使用现有的Roller type及Belt type Conveyor应考虑以下特点

– Glass水平放置时发生下垂现象->为了弥补这一点,中间部分添加Roller时Glass和接触部分会增加。
– Glass移送到其他设备时Glass末端发生冲击。
– 与cassette传送方式相比,对Glass所造成的冲击是不可缺少的。
因上述问题限制性使用

Pneumatic Transport Method
至于一次性移送方式中conveyor移送方式存在的问题,利用空气浮伤技术消除Glass接触部位的方法,作为第7代以后移送系统的替代方案,目前正在进行很多研究。从最近出现的FPD电视市场的焦点来看,随着Panel的大型化,Glass的大型化必须要跟上,但7、8代以后的Glass的超大型化在整个工程设备的自动返送设备的适用上,预计将会面临很多困难。

特点
– 使用清洁空气和Process设备连接着Tunnel形状的输送管。
– glass由空气供养转运。
– 气膜很薄,在Glass的下方和输送板上部之间形成膜,由气膜供养和输送。
– 没有可能产生污染的物理接触,可以快速移送,也不会因赡养移送产生沉痛感。
– 类似mini -environment的密闭结构和功能,具有维持听力和节省建筑费用的优点。
– 由control unit和track unit组成。

下面的图片是由本公司的分页移送系统FTS(Flat Panel Transport System)的演示系统,以目前第6代Glass尺码为标准制作而成。

[图 7] 6代 单个搬送系统 FTS DEMO System

为验证原卡套移送方式的批量生产所需的Capacity是否满足于单件移送系统,模拟实施了如实际的Factor。结果显示,分装移送系统能够将Glass转移到0.5米/Sec以内,但问题出在工厂设备和工程设备的处理量方面。

[图 8] 使用 AutoModTM 的 FTS 模拟
[图 9] FTS和 工程设备 结合形态

以上FTS的实际应用需要许多研究,与工程设备的接口技术和Lot Tracking技术标准是从半导体开始尝试的概念。

[图 10] 单个搬送系统 SEMI E99 (Substrate Tracking Method)

结论
TFT-FPD量产Fab的自动反馈系统并不仅仅是依靠特定系统的应用。根据使用批量生产生产线企业的喜好度或过去使用过的系统的使用经验,组建Fab的形态正在发生变化。
对于业界的这种要求,自动反送系统之所以能够应对,是因为能够确保各反送设备业界所拥有的解决方案的灵活性和多样的接口技术。

随着Glass的超大型化,各家庭的自动返送系统的可使用系统将被有限地筛选出来。
5세대 FPD LINE : Stocker, AGV, RGV, OHS, Conveyor, Lifter
6세대 FPD LINE : Stocker, AGV, RGV, Conveyor, Lifter
7세대 FPD LINE : Stocker, Cassette Conveyor, Lifter, RGV, 单个 Conveyor(일부)
8.5세대 FPD LINE : 使用 Stocker, OHS, OHT, RGV, Conveyor 的 Full Flow Shop形态

对第5代以后8.5代的自动返送系统的研究要在目前阶段进行,这不仅是在自动返送部分,还需要对全部产业工学OR(Operation Research)和Fab运营等相关的产业工学的整体进行考察。

JT Shin / CEO

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