AMHS在集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢分析

上海新創(chuàng)達(dá)智能科技有限公司

(上海新創(chuàng)達(dá)智能科技有限公司，上海 201306)

在集成電路制造技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，300 mm集成電路制造工廠已成為全球半導(dǎo)體行業(yè)的主流。在保證成品率的基礎(chǔ)上，最大限度的提高工廠生產(chǎn)效率，以獲得最大產(chǎn)出，是每個集成電路制造企業(yè)追求的目標(biāo)。集成電路生產(chǎn)制造作為高科技行業(yè)中的勞動密集性產(chǎn)業(yè)，包括三十幾道主流生產(chǎn)工藝，上百道重復(fù)工藝流程，精確、可靠、穩(wěn)定物料流轉(zhuǎn)是影響集成電路生產(chǎn)效率的關(guān)鍵之一。

自動物料搬運(yùn)系統(tǒng)（Automatic Material Handling System，AMHS）廣泛應(yīng)用于機(jī)場的貨物運(yùn)輸、自動化工廠的物料運(yùn)輸?shù)取?/p>

1 自動搬運(yùn)系統(tǒng)在集成電路生產(chǎn)中的應(yīng)用

早期的150 mm(6英寸)晶圓廠，晶圓尺寸小、本身質(zhì)量有限，應(yīng)用并不是很廣，隨著晶圓尺寸的增大，200 mm、300 mm(8英寸、12英寸)工廠的興起，AMHS的應(yīng)用開始漸漸興盛起來。

1.1 第一代應(yīng)用

集成電路制造自動物料搬運(yùn)系統(tǒng)的搬運(yùn)區(qū)間一般分為區(qū)間灣和區(qū)內(nèi)灣,空中走行式穿梭車（OHS）負(fù)責(zé)區(qū)間灣,而空中走行式無人搬送車(OHT)負(fù)責(zé)區(qū)內(nèi)灣。第一代AMHS的區(qū)間灣和區(qū)內(nèi)灣相互獨(dú)立，區(qū)間灣和區(qū)內(nèi)灣中間通過自動倉儲系統(tǒng)連接起來。跨灣的搬送必須要通過自動倉儲系統(tǒng)，即“OHT+自動倉儲系統(tǒng)+OHS+自動倉儲系統(tǒng)+OHT”，該模式最早應(yīng)用在Intel Fab廠。自動倉儲系統(tǒng)作用不僅僅是晶圓的存儲，他還扮演了更為重要的晶圓搬運(yùn)的橋梁作用。如果說某個灣區(qū)上的自動倉儲系統(tǒng)發(fā)生了故障，相關(guān)灣區(qū)上的晶圓運(yùn)輸也會受到影響。

1.2 第二代應(yīng)用

“OHT+自動倉儲系統(tǒng)+OHS+自動倉儲系統(tǒng)+OHT”，跨灣區(qū)的搬送必須通過上述的自動倉儲系統(tǒng)來完成，極大地影響搬運(yùn)效率。在此基礎(chǔ)上，將部分區(qū)域跨灣區(qū)的搬運(yùn)也由區(qū)內(nèi)灣的OHT來實(shí)現(xiàn)?？梢越鉀Q部分因自動倉儲系統(tǒng)發(fā)生了故障導(dǎo)致效率降低的問題。

1.3 第三代應(yīng)用

通過OHT實(shí)現(xiàn)全廠所有灣區(qū)物料的搬運(yùn)，把自動倉儲系統(tǒng)作為晶圓存儲的單元，而不是中轉(zhuǎn)單元，極大地縮短了物料搬運(yùn)的時間，并降低了自動倉儲系統(tǒng)對整個系統(tǒng)的影響。這種應(yīng)用最早應(yīng)用在AMD公司的制造工廠。

1.4 第四代應(yīng)用

由于自動倉儲系統(tǒng)僅作為晶圓的存儲倉庫，而非搬運(yùn)中轉(zhuǎn)系統(tǒng)。集成電路制造過程中的物料大多流轉(zhuǎn)在生產(chǎn)車間內(nèi)，自動倉儲系統(tǒng)作為晶圓存儲倉庫時，會占用生產(chǎn)設(shè)備的空間，這對潔凈空間來說是一種極大的浪費(fèi)。通過將片盒存儲在懸掛在天花板下，區(qū)內(nèi)灣和區(qū)間灣上方的裝置上，則不會占據(jù)生產(chǎn)機(jī)臺的空間，極大地減少了生產(chǎn)車間內(nèi)的自動倉儲系統(tǒng)。

2 自動搬運(yùn)系統(tǒng)的優(yōu)勢

2.1 縮短搬運(yùn)時間，提高生產(chǎn)效率

自動物料搬運(yùn)系統(tǒng)減少了人員在物料搬運(yùn)過程中的工作，并可快速準(zhǔn)確的將片盒搬運(yùn)到目的地，減少晶圓的空閑時間，提高物料運(yùn)輸?shù)臏?zhǔn)確性和時效性，縮短在制品WIP的周轉(zhuǎn)時間。

2.2 減少人為污染源，增加存儲空間

隨著集成電路向大尺寸、高技術(shù)節(jié)點(diǎn)領(lǐng)域的發(fā)展，集成電路制造對于無塵室的潔凈要求不斷提高，即使集成電路后端生產(chǎn)廠家也需要提高無塵室的無塵度要求。而無塵室作為“寸土寸金”的生產(chǎn)環(huán)境，工廠不可能無限制的增加面積來滿足生產(chǎn)要求。采用空間存儲的方式存儲物料，變相增加潔凈室的生產(chǎn)空間，減少了因物料存儲而擠占設(shè)備空間，提高生產(chǎn)設(shè)備的利用率。同時，AHMS系統(tǒng)可減少人員活動，以極大程度的保證無塵室的潔凈環(huán)境。

2.3 減少人員，降低生產(chǎn)成本

“在人口紅利逐漸減少的情況下，提高生產(chǎn)效率是非常積極的應(yīng)對方法。如果10個人干的活8個人也能干，升級制造業(yè)可以產(chǎn)生同樣價值?！?018年3月25日，國家金融與發(fā)展實(shí)驗(yàn)室理事長李揚(yáng)在出席博鰲亞洲論壇2017年年會時，回答了《財經(jīng)》記者的提問。中國人口紅利漸漸消失，制造業(yè)的人力成本越來越高。中國集成電路制造行業(yè)作為勞動力密集型的制造行業(yè)，迫切需要向自動化轉(zhuǎn)型。自動物料搬運(yùn)系統(tǒng)將極大的減少車間物料搬運(yùn)的員工數(shù)量，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。

3 國內(nèi)外技術(shù)及市場現(xiàn)狀分析

3.1 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀

國外AMHS系統(tǒng)的主要廠家是日本的大福（Daifuku）和村田(Muratec)，二者的產(chǎn)品主要應(yīng)用在高潔凈要求的集成電路前道生產(chǎn)廠家，但在集成電路后道生產(chǎn)廠家的應(yīng)用較少，主要原因在二者的產(chǎn)品價格超出了后道廠家的承擔(dān)能力。

國內(nèi)潔凈級AMHS系統(tǒng)的研究主要集中在學(xué)校、研究機(jī)構(gòu)，這些研究主要集中在AMHS系統(tǒng)的部分技術(shù)、配套產(chǎn)品，但AMHS系統(tǒng)整機(jī)集成方面的研究較少。例如上海交通大學(xué)對現(xiàn)有300 mm半導(dǎo)體工廠的AMHS系統(tǒng)的性能進(jìn)了分析；新松等公司研究AMHS系統(tǒng)的配套設(shè)備AGV；臺灣盟立公司對AGV、晶圓存儲站進(jìn)行過研究。

AMHS系統(tǒng)在國外雖有了廣泛的應(yīng)用，但更適用于“理想化的半導(dǎo)體工廠”。而中國大部分工廠由于廠房層高限制、產(chǎn)品生產(chǎn)組合工藝限制，現(xiàn)有的AMHS系統(tǒng)在國內(nèi)適用性不強(qiáng)。

3.2 國內(nèi)市場分析

在2014年，國務(wù)院印發(fā)《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》、成立了國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金(以下簡稱“大基金”)。在此之后，北京、武漢、上海、四川、陜西等個地方紛紛自發(fā)設(shè)立產(chǎn)業(yè)基金。過去兩年內(nèi)，“大基金”在芯片制造、芯片設(shè)計、封裝測試、裝備、材料、生態(tài)建設(shè)等完整產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)上決策投資了超過40個項(xiàng)目，累計承諾投資額超過800億元，實(shí)際出資額已超過560億元。據(jù)不完全統(tǒng)計，在過去兩年多的時間內(nèi),地方性集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金總規(guī)模已經(jīng)超過2 000億元。表1為國內(nèi)300 mm晶圓集成電路生產(chǎn)線建設(shè)情況。

表1 國內(nèi)300 mm晶圓集成電路生產(chǎn)線建設(shè)情況

至目前，國內(nèi)300 mm晶圓集成電路生產(chǎn)線的建設(shè)情況如表1所示，未來幾年，國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)將會迎來爆發(fā)式的發(fā)展，而隨著中國人口紅利的降低以及企業(yè)對自動化生產(chǎn)的要求，自動物料搬運(yùn)系統(tǒng)也將迎來一個良好的發(fā)展機(jī)遇。

4 結(jié) 論

通過借鑒國外現(xiàn)有AMHS系統(tǒng)的技術(shù)，開發(fā)適用于國內(nèi)集成電路生產(chǎn)廠家的AMHS系統(tǒng)已成為集成電路制造必須要解決的一個問題。