晶圆制造堪称当今世界最为复杂的制造业之一。芯片制造流程之复杂、厂房环境要求之苛刻,都驱动着晶圆厂向着更高的自动化、智能化前进。在这一过程中,如何提高整个工厂的空间利用率、减少机台闲置时间、提升生产效率以及产品良率成为晶圆厂运营最关心的问题,自动物料搬送系统AMHS(Automatic Material Handling System)在这一诉求下日益成为晶圆厂建设过程中不可或缺的“生命线”。
从早期的6英寸晶圆厂,到如今的8英寸、12英寸厂成为主流,半导体制造工艺越来越先进,产线中的工序成倍增长,关键机台的吞吐量也在一代代的更迭中迅速增加,使得传统人力在产线设备间的物料搬运,成为制约生产效率和生产质量的瓶颈。AMHS从8英寸厂开始显露头角,如今在12英寸厂中早已成为标配。在封测领域,随着先进封装技术的发展,AMHS也开始展露拳脚。
“一般AMHS投资约为晶圆厂固定投资的3%左右,比如一座大规模12英寸厂的投资约需200亿美元,国内AMHS市场规模每年达到了30~40亿元。”睿新库总经理赵建勇指出,“目前这一领域近90%的市场被国外企业垄断,在我国半导体产业规模持续扩张以及半导体设备国产化的趋势下,国产AMHS厂商拥有巨大的前景。”
晶圆厂稳定运转的“生命线”,AMHS市场也面临国际厂商垄断
2000年前后,半导体产业开始从8英寸的晶圆制造,跨越到12英寸。制造产线的大幅升级不仅对半导体制造设备提出挑战,对晶圆制造传输系统的自动化要求更是前所未有的。因为在12寸晶圆及之前的生产,人工搬运并不会对生产效率和产品良率产生足够明显的影响。但是12寸晶圆的所受应力、形变导致的不良率、相关机台闲置等因素极大地影响了生产线的效率。
AMHS是在软件系统的控制和调度下,按照生产系统的指令,通过物料搬运设备,实现物料在生产线各工序间的自动搬运、缓冲存放,还可实现制造过程的数据跟踪,在出现产品不良和设备异常时可快速找到源头,及时消除问题并实现根本性改善。赵建勇介绍,一个完整的AMHS系统包括传输硬件设备(OHT、AGV/AMR、Lifter等)、存储设备(Foup&Reticle Stocker、Reticle Cabinet、NTB、OHCV、OHB)、净化设备(TLP、OPS、FPS等)及软件系统(MCS、OHTC、STKC等)。
如同人体的血液循环,哪怕是一根小血管不通畅,都可能引发全身的大问题一样,AMHS对于晶圆厂的生产效率和良率如此关键,已然成为晶圆厂持续稳定运转的“生命线”。从8英寸厂应用兴起至今,AMHS系统先后经历了第一代的单元空中搬送系统、第二代的EQtoEQ的部分跨区域直接搬送、第三代全厂性的EQtoEQAMHS系统、再到目前第四代的STK+OHT+ZFS系统。