AMHS在集成电路产业的发展趋势分析

上海新创达智能科技有限公司

(上海新创达智能科技有限公司，上海 201306)

在集成电路制造技术高度发达的今天，300 mm集成电路制造工厂已成为全球半导体行业的主流。在保证成品率的基础上，最大限度的提高工厂生产效率，以获得最大产出，是每个集成电路制造企业追求的目标。集成电路生产制造作为高科技行业中的劳动密集性产业，包括三十几道主流生产工艺，上百道重复工艺流程，精确、可靠、稳定物料流转是影响集成电路生产效率的关键之一。

自动物料搬运系统（Automatic Material Handling System，AMHS）广泛应用于机场的货物运输、自动化工厂的物料运输等。

1 自动搬运系统在集成电路生产中的应用

早期的150 mm(6英寸)晶圆厂，晶圆尺寸小、本身质量有限，应用并不是很广，随着晶圆尺寸的增大，200 mm、300 mm(8英寸、12英寸)工厂的兴起，AMHS的应用开始渐渐兴盛起来。

1.1 第一代应用

集成电路制造自动物料搬运系统的搬运区间一般分为区间湾和区内湾,空中走行式穿梭车（OHS）负责区间湾,而空中走行式无人搬送车(OHT)负责区内湾。第一代AMHS的区间湾和区内湾相互独立，区间湾和区内湾中间通过自动仓储系统连接起来。跨湾的搬送必须要通过自动仓储系统，即“OHT+自动仓储系统+OHS+自动仓储系统+OHT”，该模式最早应用在Intel Fab厂。自动仓储系统作用不仅仅是晶圆的存储，他还扮演了更为重要的晶圆搬运的桥梁作用。如果说某个湾区上的自动仓储系统发生了故障，相关湾区上的晶圆运输也会受到影响。

1.2 第二代应用

“OHT+自动仓储系统+OHS+自动仓储系统+OHT”，跨湾区的搬送必须通过上述的自动仓储系统来完成，极大地影响搬运效率。在此基础上，将部分区域跨湾区的搬运也由区内湾的OHT来实现。可以解决部分因自动仓储系统发生了故障导致效率降低的问题。

1.3 第三代应用

通过OHT实现全厂所有湾区物料的搬运，把自动仓储系统作为晶圆存储的单元，而不是中转单元，极大地缩短了物料搬运的时间，并降低了自动仓储系统对整个系统的影响。这种应用最早应用在AMD公司的制造工厂。

1.4 第四代应用

由于自动仓储系统仅作为晶圆的存储仓库，而非搬运中转系统。集成电路制造过程中的物料大多流转在生产车间内，自动仓储系统作为晶圆存储仓库时，会占用生产设备的空间，这对洁净空间来说是一种极大的浪费。通过将片盒存储在悬挂在天花板下，区内湾和区间湾上方的装置上，则不会占据生产机台的空间，极大地减少了生产车间内的自动仓储系统。

2 自动搬运系统的优势

2.1 缩短搬运时间，提高生产效率

自动物料搬运系统减少了人员在物料搬运过程中的工作，并可快速准确的将片盒搬运到目的地，减少晶圆的空闲时间，提高物料运输的准确性和时效性，缩短在制品WIP的周转时间。

2.2 减少人为污染源，增加存储空间

随着集成电路向大尺寸、高技术节点领域的发展，集成电路制造对于无尘室的洁净要求不断提高，即使集成电路后端生产厂家也需要提高无尘室的无尘度要求。而无尘室作为“寸土寸金”的生产环境，工厂不可能无限制的增加面积来满足生产要求。采用空间存储的方式存储物料，变相增加洁净室的生产空间，减少了因物料存储而挤占设备空间，提高生产设备的利用率。同时，AHMS系统可减少人员活动，以极大程度的保证无尘室的洁净环境。

2.3 减少人员，降低生产成本

“在人口红利逐渐减少的情况下，提高生产效率是非常积极的应对方法。如果10个人干的活8个人也能干，升级制造业可以产生同样价值。”2018年3月25日，国家金融与发展实验室理事长李扬在出席博鳌亚洲论坛2017年年会时，回答了《财经》记者的提问。中国人口红利渐渐消失，制造业的人力成本越来越高。中国集成电路制造行业作为劳动力密集型的制造行业，迫切需要向自动化转型。自动物料搬运系统将极大的减少车间物料搬运的员工数量，降低企业的生产成本。

3 国内外技术及市场现状分析

3.1 国内外技术现状

国外AMHS系统的主要厂家是日本的大福（Daifuku）和村田(Muratec)，二者的产品主要应用在高洁净要求的集成电路前道生产厂家，但在集成电路后道生产厂家的应用较少，主要原因在二者的产品价格超出了后道厂家的承担能力。

国内洁净级AMHS系统的研究主要集中在学校、研究机构，这些研究主要集中在AMHS系统的部分技术、配套产品，但AMHS系统整机集成方面的研究较少。例如上海交通大学对现有300 mm半导体工厂的AMHS系统的性能进了分析；新松等公司研究AMHS系统的配套设备AGV；台湾盟立公司对AGV、晶圆存储站进行过研究。

AMHS系统在国外虽有了广泛的应用，但更适用于“理想化的半导体工厂”。而中国大部分工厂由于厂房层高限制、产品生产组合工艺限制，现有的AMHS系统在国内适用性不强。

3.2 国内市场分析

在2014年，国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》、成立了国家集成电路产业投资基金(以下简称“大基金”)。在此之后，北京、武汉、上海、四川、陕西等个地方纷纷自发设立产业基金。过去两年内，“大基金”在芯片制造、芯片设计、封装测试、装备、材料、生态建设等完整产业链的各个环节上决策投资了超过40个项目，累计承诺投资额超过800亿元，实际出资额已超过560亿元。据不完全统计，在过去两年多的时间内,地方性集成电路产业投资基金总规模已经超过2 000亿元。表1为国内300 mm晶圆集成电路生产线建设情况。

表1 国内300 mm晶圆集成电路生产线建设情况

至目前，国内300 mm晶圆集成电路生产线的建设情况如表1所示，未来几年，国内集成电路产业将会迎来爆发式的发展，而随着中国人口红利的降低以及企业对自动化生产的要求，自动物料搬运系统也将迎来一个良好的发展机遇。

4 结 论

通过借鉴国外现有AMHS系统的技术，开发适用于国内集成电路生产厂家的AMHS系统已成为集成电路制造必须要解决的一个问题。