天車系統(tǒng)VS移動(dòng)機(jī)器人-半導(dǎo)體工廠自動(dòng)化物流系統(tǒng)
發(fā)布時(shí)間: 2022-11-24 10:11:39 來(lái)源:新戰(zhàn)略
核心提示： 移動(dòng)機(jī)器人前景可期！
半導(dǎo)體行業(yè)自動(dòng)化物流運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展隨著信息產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，半導(dǎo)體的需求量快速增長(zhǎng)。如果利用人工搬運(yùn)，不僅不符合工程的要求，也會(huì)降低產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，一個(gè)功能強(qiáng)大且性能穩(wěn)定的自動(dòng)化物料搬運(yùn)系統(tǒng)AHMS應(yīng)運(yùn)而生。AMHS系統(tǒng)能夠有效利用有限的潔凈室生產(chǎn)空間，提高生產(chǎn)設(shè)備的利用率，減少制品量，縮短周期時(shí)間等。因此，如何優(yōu)化AMHS系統(tǒng)運(yùn)行效率，對(duì)于提升半導(dǎo)體制造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力有著重要影響。 一般而言，半導(dǎo)體晶圓制造廠的AMHS分為兩大子系統(tǒng): 一個(gè)是interbay搬運(yùn)系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)加工中心間的搬運(yùn)任務(wù)；另一個(gè)是intrabay搬運(yùn)系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)加工中心內(nèi)的搬運(yùn)任務(wù)。 2000年前后，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開(kāi)始從8寸的晶圓制造，跨越到12寸的晶圓制造。制造產(chǎn)線的大幅升級(jí)不僅對(duì)制造專機(jī)提出挑戰(zhàn)，對(duì)晶圓制造傳輸系統(tǒng)的自動(dòng)化要求更是前所未有的。因?yàn)樵?span style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; visibility: visible; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">12寸晶圓及之前的生產(chǎn)，人工搬運(yùn)并不會(huì)對(duì)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品良率產(chǎn)生足夠明顯的影響。但是12寸晶圓的所受應(yīng)力、形變導(dǎo)致的不良率、相關(guān)聯(lián)設(shè)備空轉(zhuǎn)等因素深刻影響了生產(chǎn)線的運(yùn)轉(zhuǎn)，而且密封性更高的晶圓盒總重量超過(guò)10kg，人工長(zhǎng)距離搬運(yùn)開(kāi)始變得不實(shí)際。 在8寸工廠中，用于運(yùn)輸晶圓的AMHS僅限于在存儲(chǔ)設(shè)備之間移動(dòng)晶圓載具，即Interbay物料運(yùn)輸系統(tǒng)，以及有限的Interabay系統(tǒng)的實(shí)施，如用于將晶圓載具從自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)移動(dòng)到設(shè)備裝載口，反之亦然。因此，從啟發(fā)式的角度來(lái)看，業(yè)界對(duì)如何在工廠中以自動(dòng)化的方式移動(dòng)晶圓有一定的了解，但基礎(chǔ)有限。 12寸晶圓廠的戰(zhàn)略是擁有完全自動(dòng)化的物料運(yùn)輸、Interbay和Intrabay能力，包括運(yùn)輸工具到工具，又稱: 混合Interbay和Intrabay統(tǒng)一系統(tǒng)，要解決的主要問(wèn)題是每小時(shí)數(shù)千次(mph)的持續(xù)物料移動(dòng)，而生產(chǎn)人員不必做這項(xiàng)工作，從而避免整個(gè)晶圓廠數(shù)百人所需的人體工程學(xué)問(wèn)題和難以管理的mph。 為了協(xié)助工業(yè)界過(guò)渡到12寸的晶圓制造，SEMATECH（半導(dǎo)體制造技術(shù)協(xié)會(huì)）成立了12寸組織（I300I），提出并建立了一套半導(dǎo)體自動(dòng)化生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)模型，通過(guò)天車（OHT）、AGV、RGV和PGV的協(xié)作努力，提升整條產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。在這個(gè)模型中，生產(chǎn)設(shè)備是中央?yún)^(qū)域（Interbay）延伸出的許多區(qū)塊（Intrabay）。每一個(gè)區(qū)塊對(duì)應(yīng)著一個(gè)用于該區(qū)塊存儲(chǔ)的存儲(chǔ)棧（Stocker，又名晶圓庫(kù)）和屬于自己區(qū)域的走道。 只是在實(shí)際的發(fā)展中，OHT的速度和成熟度遠(yuǎn)高于混合模型的其它部分，在此前，OHT幾乎壟斷了半導(dǎo)體晶圓制造的全部AMHS系統(tǒng)。 “OHT”是Overhead Hoist Transport的簡(jiǎn)稱，是指能夠在空中軌道上行駛，并能夠通過(guò)皮帶傳動(dòng)起重機(jī)構(gòu)“直接”進(jìn)入保管設(shè)備或工藝設(shè)備的裝卸口，應(yīng)用于工序區(qū)內(nèi)部運(yùn)輸，也應(yīng)用于工序區(qū)間或工廠間運(yùn)輸。
相對(duì)于其它專機(jī)的投入，如ASML的EUV光刻機(jī)賣出1.5億歐元的高價(jià)，OHT的成本投入是可以被業(yè)界接受的。在十年前和更早的研究中，主要聚焦在AMHS的軟件控制層面，針對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方式、實(shí)時(shí)響應(yīng)、路徑優(yōu)化、配給優(yōu)化等方面做了大量的研究。從AMHS實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)開(kāi)始，F(xiàn)AB工廠的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)已經(jīng)非常接近當(dāng)前的智能制造了；OHT在越過(guò)Stocker（倉(cāng)儲(chǔ)）進(jìn)行不同工藝的直接送料時(shí)，已經(jīng)將各個(gè)工作臺(tái)的生產(chǎn)信息匯集到一個(gè)中央調(diào)度系統(tǒng)。相關(guān)研究很快到達(dá)了瓶頸，F(xiàn)AB工廠也基本實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有設(shè)備最大可利用效率的90%或者更高，因此，OHT系統(tǒng)也被廣泛認(rèn)定為12寸FAB及下一代FAB的主力搬送系統(tǒng)。
OHT系統(tǒng)&移動(dòng)機(jī)器人 但FAB工廠的晶圓制造AMHS要進(jìn)一步提升產(chǎn)能和效率，僅依靠OHT工作效率的提升是不現(xiàn)實(shí)的。OHT受制于軌道鋪設(shè)、單維運(yùn)動(dòng)等因素，在未覆蓋區(qū)域的人工干預(yù)是必要的。而要實(shí)現(xiàn)全廠OHT覆蓋，AMHS系統(tǒng)的成本會(huì)非常高，而柔性極強(qiáng)的移動(dòng)機(jī)器人可以打通這些節(jié)點(diǎn)，連通FAB工廠凈室和非凈室的物料交互，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)FAB工廠的智能制造。 因此，當(dāng)前在半導(dǎo)體制造廠(fab)的運(yùn)輸系統(tǒng)中，使用AGV/AMR車隊(duì)是一個(gè)越來(lái)越受歡迎的選擇，AGV/AMR可以作為現(xiàn)有運(yùn)輸系統(tǒng)的補(bǔ)充，也可以作為實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸自動(dòng)化的第一步。 從物流的角度來(lái)看，半導(dǎo)體的制造是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。為了在一片晶圓上制造電路，需要在不同的設(shè)備(工具)上進(jìn)行多達(dá)500個(gè)工藝加工步驟。整個(gè)制造過(guò)程可能需要幾個(gè)月的時(shí)間。根據(jù)所需的產(chǎn)出，特定晶圓通過(guò)的工具的數(shù)量和順序可以有很大的不同。由于在一個(gè)FBA工廠中可能有多達(dá)數(shù)百個(gè)工具，整個(gè)生產(chǎn)可以被視為一個(gè)巨大的工作車間問(wèn)題。 在8寸和12寸晶圓廠中，運(yùn)輸系統(tǒng)負(fù)責(zé)運(yùn)送和回收晶圓載具和光罩。在12寸晶圓廠中，目前最受歡迎的是OHT系統(tǒng)。OHT系統(tǒng)可以由幾公里長(zhǎng)的軌道、數(shù)百輛車組成，并為多達(dá)數(shù)千個(gè)工具裝載口和緩沖區(qū)提供服務(wù)。由于布局和結(jié)構(gòu)的原因，目前少有8寸晶圓廠應(yīng)用OHT系統(tǒng)。因此，在許多8寸晶圓廠中，運(yùn)輸主要由人工完成，或部分由傳送系統(tǒng)完成。 在12寸晶圓廠，AGV/AMR不能取代現(xiàn)有的OHT系統(tǒng)，而應(yīng)被看作是一種補(bǔ)充。AGV/AMR特別適用于那些沒(méi)有達(dá)到經(jīng)濟(jì)上合理的OHT系統(tǒng)操作條件的子領(lǐng)域。這可能是由于特殊的運(yùn)輸貨物、空間限制，甚至是由于較低的產(chǎn)量。OHT天車負(fù)責(zé)空中軌道高速傳輸作業(yè)，地面上由AMR來(lái)實(shí)現(xiàn)高彈性效率作業(yè)，實(shí)現(xiàn)由STOCKER、OHT、AMR、EQ間 無(wú)死角無(wú)盲區(qū)對(duì)接，真正實(shí)現(xiàn)FAB車間無(wú)人化自動(dòng)生產(chǎn)。 在8寸晶圓廠，AGV/AMR可以幫助提高自動(dòng)化程度，從而有助于提高工藝的可靠性，因?yàn)樗梢蕴娲菀壮鲥e(cuò)的人工處理和運(yùn)輸活動(dòng)。
半導(dǎo)體領(lǐng)域主要應(yīng)用移動(dòng)機(jī)器人類型
在半導(dǎo)體領(lǐng)域，目前主要應(yīng)用的移動(dòng)機(jī)器人類型有復(fù)合移動(dòng)機(jī)器人、潛伏頂升式AGV、輥筒對(duì)接AGV、叉車AGV等類型產(chǎn)品，同時(shí)還有一些企業(yè)針對(duì)半導(dǎo)體某些場(chǎng)景的需求打造的定制化行業(yè)專機(jī)。但整體而言，當(dāng)前，在半導(dǎo)體領(lǐng)域應(yīng)用的多種AGV/AMR中，復(fù)合移動(dòng)機(jī)器人是應(yīng)用最多的產(chǎn)品，也是技術(shù)難度最高的。 復(fù)合移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)（基礎(chǔ)硬件平臺(tái)）中，機(jī)械臂位于移動(dòng)機(jī)器人上，可隨機(jī)器人靈活移動(dòng)，便于進(jìn)行機(jī)械臂與AGV/AMR相互定位、通訊、配合等功能，配合視覺(jué)系統(tǒng)、末端工具等可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定物體的識(shí)別、巡檢、抓取等功能。在半導(dǎo)體行業(yè)，復(fù)合移動(dòng)機(jī)器人主要用于晶圓盒、彈夾上下料。 值得注意的是，半導(dǎo)體由于嚴(yán)苛的生產(chǎn)要求也對(duì)上游設(shè)備廠商設(shè)置了一定的“準(zhǔn)入門檻”。首先是移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)行平穩(wěn)性的要求，由于要搬運(yùn)晶圓等精密元件，機(jī)器人要防震、防抖動(dòng)；其次是安全性要求，這是半導(dǎo)體封測(cè)廠對(duì)導(dǎo)入AGV/AMR一個(gè)非常大的考量點(diǎn)，工廠內(nèi)昂貴的半導(dǎo)體設(shè)備經(jīng)不起任何碰撞；第三則是設(shè)備的潔凈度要求。
從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，導(dǎo)入移動(dòng)機(jī)器人是半導(dǎo)體行業(yè)提高工廠自動(dòng)化與信息化的關(guān)鍵舉措，伴隨著半導(dǎo)體自動(dòng)化升級(jí)的進(jìn)一步深入以及移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的更加成熟，相信移動(dòng)機(jī)器人在半導(dǎo)體領(lǐng)域的落地速度將不斷加快！ 為了解析當(dāng)前移動(dòng)機(jī)器人在半導(dǎo)體領(lǐng)域的解決方案與市場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀，12月15日，由中國(guó)移動(dòng)機(jī)器人（AGV/AMR）產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟主編，捷螺智能設(shè)備（蘇州）有限公司冠名，深圳優(yōu)艾智合機(jī)器人科技有限公司、蘇州海豚之星智能科技有限公司、杭州藍(lán)芯科技有限公司、斯坦德機(jī)器人（深圳）有限公司、浙江欣奕華智能科技有限公司、優(yōu)傲機(jī)器人貿(mào)易(上海)有限公司聯(lián)合參編的《半導(dǎo)體行業(yè)用移動(dòng)機(jī)器人（AGV/AMR）解決方案藍(lán)皮書(shū)（2022版）》將在“中國(guó)移動(dòng)機(jī)器人（AGV/AMR）產(chǎn)業(yè)發(fā)展年會(huì)”上正式發(fā)布，參會(huì)人員現(xiàn)場(chǎng)可免費(fèi)獲得藍(lán)皮書(shū)紙質(zhì)版一份，敬請(qǐng)期待！
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