AMHS在集成電路產業的發展趨勢分析

上海新創達智能科技有限公司

(上海新創達智能科技有限公司，上海 201306)

在集成電路制造技術高度發達的今天，300 mm集成電路制造工廠已成為全球半導體行業的主流。在保證成品率的基礎上，最大限度的提高工廠生產效率，以獲得最大產出，是每個集成電路制造企業追求的目標。集成電路生產制造作為高科技行業中的勞動密集性產業，包括三十幾道主流生產工藝，上百道重復工藝流程，精確、可靠、穩定物料流轉是影響集成電路生產效率的關鍵之一。

自動物料搬運系統（Automatic Material Handling System，AMHS）廣泛應用于機場的貨物運輸、自動化工廠的物料運輸等。

1 自動搬運系統在集成電路生產中的應用

早期的150 mm(6英寸)晶圓廠，晶圓尺寸小、本身質量有限，應用并不是很廣，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的應用開始漸漸興盛起來。

1.1 第一代應用

集成電路制造自動物料搬運系統的搬運區間一般分為區間灣和區內灣,空中走行式穿梭車（OHS）負責區間灣,而空中走行式無人搬送車(OHT)負責區內灣。第一代AMHS的區間灣和區內灣相互獨立，區間灣和區內灣中間通過自動倉儲系統連接起來。跨灣的搬送必須要通過自動倉儲系統，即“OHT+自動倉儲系統+OHS+自動倉儲系統+OHT”，該模式最早應用在Intel Fab廠。自動倉儲系統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的橋梁作用。如果說某個灣區上的自動倉儲系統發生了故障，相關灣區上的晶圓運輸也會受到影響。

1.2 第二代應用

“OHT+自動倉儲系統+OHS+自動倉儲系統+OHT”，跨灣區的搬送必須通過上述的自動倉儲系統來完成，極大地影響搬運效率。在此基礎上，將部分區域跨灣區的搬運也由區內灣的OHT來實現。可以解決部分因自動倉儲系統發生了故障導致效率降低的問題。

1.3 第三代應用

通過OHT實現全廠所有灣區物料的搬運，把自動倉儲系統作為晶圓存儲的單元，而不是中轉單元，極大地縮短了物料搬運的時間，并降低了自動倉儲系統對整個系統的影響。這種應用最早應用在AMD公司的制造工廠。

1.4 第四代應用

由于自動倉儲系統僅作為晶圓的存儲倉庫，而非搬運中轉系統。集成電路制造過程中的物料大多流轉在生產車間內，自動倉儲系統作為晶圓存儲倉庫時，會占用生產設備的空間，這對潔凈空間來說是一種極大的浪費。通過將片盒存儲在懸掛在天花板下，區內灣和區間灣上方的裝置上，則不會占據生產機臺的空間，極大地減少了生產車間內的自動倉儲系統。

2 自動搬運系統的優勢

2.1 縮短搬運時間，提高生產效率

自動物料搬運系統減少了人員在物料搬運過程中的工作，并可快速準確的將片盒搬運到目的地，減少晶圓的空閑時間，提高物料運輸的準確性和時效性，縮短在制品WIP的周轉時間。

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、高技術節點領域的發展，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”的生產環境，工廠不可能無限制的增加面積來滿足生產要求。采用空間存儲的方式存儲物料，變相增加潔凈室的生產空間，減少了因物料存儲而擠占設備空間，提高生產設備的利用率。同時，AHMS系統可減少人員活動，以極大程度的保證無塵室的潔凈環境。

2.3 減少人員，降低生產成本

“在人口紅利逐漸減少的情況下，提高生產效率是非常積極的應對方法。如果10個人干的活8個人也能干，升級制造業可以產生同樣價值。”2018年3月25日，國家金融與發展實驗室理事長李揚在出席博鰲亞洲論壇2017年年會時，回答了《財經》記者的提問。中國人口紅利漸漸消失，制造業的人力成本越來越高。中國集成電路制造行業作為勞動力密集型的制造行業，迫切需要向自動化轉型。自動物料搬運系統將極大的減少車間物料搬運的員工數量，降低企業的生產成本。

3 國內外技術及市場現狀分析

3.1 國內外技術現狀

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

國內潔凈級AMHS系統的研究主要集中在學校、研究機構，這些研究主要集中在AMHS系統的部分技術、配套產品，但AMHS系統整機集成方面的研究較少。例如上海交通大學對現有300 mm半導體工廠的AMHS系統的性能進了分析；新松等公司研究AMHS系統的配套設備AGV；臺灣盟立公司對AGV、晶圓存儲站進行過研究。

AMHS系統在國外雖有了廣泛的應用，但更適用于“理想化的半導體工廠”。而中國大部分工廠由于廠房層高限制、產品生產組合工藝限制，現有的AMHS系統在國內適用性不強。

3.2 國內市場分析

在2014年，國務院印發《國家集成電路產業發展推進綱要》、成立了國家集成電路產業投資基金(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設立產業基金。過去兩年內，“大基金”在芯片制造、芯片設計、封裝測試、裝備、材料、生態建設等完整產業鏈的各個環節上決策投資了超過40個項目，累計承諾投資額超過800億元，實際出資額已超過560億元。據不完全統計，在過去兩年多的時間內,地方性集成電路產業投資基金總規模已經超過2 000億元。表1為國內300 mm晶圓集成電路生產線建設情況。

表1 國內300 mm晶圓集成電路生產線建設情況

至目前，國內300 mm晶圓集成電路生產線的建設情況如表1所示，未來幾年，國內集成電路產業將會迎來爆發式的發展，而隨著中國人口紅利的降低以及企業對自動化生產的要求，自動物料搬運系統也將迎來一個良好的發展機遇。

4 結 論

通過借鑒國外現有AMHS系統的技術，開發適用于國內集成電路生產廠家的AMHS系統已成為集成電路制造必須要解決的一個問題。