精度和穩(wěn)定性的要求極高。近年來，空中走行式天車系統(tǒng)(OHT)已逐漸成為現(xiàn)代晶圓制造廠的標(biāo)配。本文對晶圓廠的物流升級需求、OHT軟硬件系統(tǒng)構(gòu)成及主要功能、物流系統(tǒng)項(xiàng)目落地難點(diǎn)與要點(diǎn)，以及核心技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展趨勢進(jìn)行了詳細(xì)分析。晶圓制造廠物流升級需求分析芯片是集成電路經(jīng)過一系列復(fù)雜工藝后形成的最終的、可使用的產(chǎn)品。晶圓廠是芯片制造過程的起點(diǎn)，處于前道。芯片制造是一個(gè)極其復(fù)雜、耗時(shí)且資本密集的過程，整個(gè)流程涉及數(shù)百甚至上千個(gè)步驟，需在高度潔凈的無塵室中進(jìn)行，主要由光刻、蝕刻、擴(kuò)散及薄膜環(huán)節(jié)組成，目標(biāo)是在硅晶圓上構(gòu)建出晶體管、電容、電阻等基本元器件。通常需要循環(huán)(光刻、蝕刻、沉積等)重復(fù)數(shù)十次，以構(gòu)建出復(fù)雜的多層電路結(jié)構(gòu)。整個(gè)前道工藝的周期時(shí)間，通常長達(dá)數(shù)周甚至數(shù)月。中的損耗，從而提高生產(chǎn)良率。因此，自動物料傳送系統(tǒng)(特別是高效的OHT)成為晶圓制造廠不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一，直接關(guān)系到工廠的盈利能力與競爭力。3.晶圓制造廠潔凈度與穩(wěn)定性要求促使物流升級晶圓制造對潔凈度要求極高，通常12英寸晶圓制造廠的潔凈室等級要達(dá)到Class100(每立方英尺≥0.5μm微粒數(shù)≤100個(gè))或更高。人工搬運(yùn)易引入微粒污染源，這些微小的污染物可能導(dǎo)致晶圓上的電路短路或性能下降，從而影響最終產(chǎn)品的良率和穩(wěn)定性。為此，晶圓制造廠的物流系統(tǒng)不僅需要高效、快速，還必須具備極高的潔凈度保持能力，以確保晶圓在傳輸過程中不受污染。這進(jìn)一步推動物流系統(tǒng)升級和創(chuàng)新，以適應(yīng)晶圓制造的高標(biāo)準(zhǔn)需求。晶圓制造廠生產(chǎn)的產(chǎn)品具有高價(jià)值屬性(單批價(jià)值甚至超百萬美元),其對物流傳送的穩(wěn)定性要求極高，任何微小的振動或失誤都可能導(dǎo)致巨大經(jīng)濟(jì)損失。為確保晶圓在傳送過程中的安全與穩(wěn)定，物流系統(tǒng)必須采用先進(jìn)的穩(wěn)定控制技術(shù)和高精度的傳送機(jī)構(gòu)，以減少振動和誤差。此外，晶圓制造廠還要求物流系統(tǒng)具備24小時(shí)不間斷的運(yùn)行能力，以滿足其連續(xù)生產(chǎn)的需求。這進(jìn)一步增加了對物流系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的要求。一步提升，全自動化已不再是12英寸晶圓廠的“可選項(xiàng)”,而是確保其生存與發(fā)展的“必需品”。全自動化生產(chǎn)在提高產(chǎn)能、穩(wěn)定良率、降低單位成本、縮短產(chǎn)品上市周期等方面，展現(xiàn)出無與倫比的半自動化或人工輔助生產(chǎn)模式下，物流環(huán)節(jié)可能存在一定靈活性和能直接導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)線的停滯，造成巨大時(shí)間和資源浪費(fèi)。因此，要具備先進(jìn)的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，還需要集成先進(jìn)的控制算法和調(diào)度系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)物流過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和智能調(diào)度。同時(shí)，為適應(yīng)晶圓制造廠復(fù)雜多變的生產(chǎn)環(huán)境，物流系統(tǒng)還需要具備一定的自適應(yīng)能力和可擴(kuò)展性，以滿足未來生產(chǎn)線升級和擴(kuò)展的需求。自動化物料搬運(yùn)系統(tǒng)(AMHS)與計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIM)深度融合成為必然趨勢，二者共同構(gòu)建起現(xiàn)代12英寸晶圓廠高效運(yùn)作的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”與“大腦”。晶圓制造廠物流升級解決方案針對晶圓制造廠在物流系統(tǒng)方面高潔凈度、高穩(wěn)定性、高效率傳送、高復(fù)雜度、低振動以及全自動化系統(tǒng)對接的需求，OHT系統(tǒng)憑借其卓越的性能，將成為晶圓制造廠物流自動化方案的核心。下文將以新施諾OHT系統(tǒng)為例，從系統(tǒng)構(gòu)成與系統(tǒng)核心優(yōu)勢兩方面進(jìn)OHT系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的軟硬件集成系統(tǒng)，主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成。OHT天車(1)硬件硬件是實(shí)現(xiàn)物料自動化搬運(yùn)的物理基礎(chǔ)，主要包括以下4個(gè)部速度與加速度：直線最高速度可達(dá)5.3m/s,轉(zhuǎn)彎最大速度可達(dá)1.0m/s,加速度、減速度分別可達(dá)2m/s2、3m/s2。負(fù)載能力：標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載能力為15kg(可定制最大負(fù)載50kg),可等載具。定位精度：重復(fù)定位精度可達(dá)±1mm,確保與工藝設(shè)備端口(LPort)的精準(zhǔn)對接。可靠性：平均無故障時(shí)間(MTBF)在2000小時(shí)以上，系統(tǒng)可用性(Uptime)高達(dá)99.999%。潔凈度：可在Class10的潔凈環(huán)境中運(yùn)行。②軌道與供電系統(tǒng)(TrackandPowerSupplySystem)軌道系統(tǒng)主要包括直線軌道、彎道、分歧(用于分流與合流)等。其供電方式采用先進(jìn)的非接觸式供電系統(tǒng)(CPS),通過感應(yīng)耦合為OHT小車在行駛過程中持續(xù)供電，避免了傳統(tǒng)電刷帶來的磨損和粉塵污染。同時(shí)，為保證傳送路徑的穩(wěn)定性，新施諾在供電部分采用獨(dú)有的雙重互備功能。潔凈存儲庫(Stocker,STK):用于物料的集中存儲和管理。潔凈存儲庫空中緩存(OverheadBuffer,OHB):設(shè)置在軌道旁，用于臨時(shí)存放物料，作為設(shè)備端口前的緩沖區(qū)，可以有效緩解交通擁堵，提升系統(tǒng)搬運(yùn)效率?？罩芯彺娼O(shè)備緩存(Near-ToolBuffer,NTB):位于工藝設(shè)備附近的存儲單元，提高工藝設(shè)備的吞吐能力。人工取放站④其他輔助設(shè)備包括用于樓層間的高速傳送塔(High-speedTower,HT),連接不同系統(tǒng)的傳送帶(Conveyor),以及用于系統(tǒng)維護(hù)的專用設(shè)備 (2)軟件作為AMHS的最上層級控制系統(tǒng)，MCS接收來自制造執(zhí)行系統(tǒng) 并負(fù)責(zé)制定全局最優(yōu)的物料流轉(zhuǎn)策略，決定將搬運(yùn)任務(wù)分配給哪個(gè)子系統(tǒng)。將其分解為具體的車輛任務(wù)。它的核心功能是車輛調(diào)度(VehicleDispatching)和路徑規(guī)劃(RoutePlanning),通過高效的算法為(1)生產(chǎn)效率與產(chǎn)能得到顯著提升要是晶圓載具FOUP)在各制程設(shè)備之間的傳輸與等待時(shí)間，有效提(2)產(chǎn)品良率與質(zhì)量的可靠保障低振動的物料交接，最大限度減少顆粒物的產(chǎn)生和傳播，保障晶圓新施諾的OHT系統(tǒng)可以將運(yùn)行過程中的振動控制在0.35G以下。(3)潔凈室空間利用率最大化OHT系統(tǒng)利用潔凈室上層空間進(jìn)行軌道鋪設(shè)和物料運(yùn)輸，完全(4)高度的系統(tǒng)靈活性與可擴(kuò)展性計(jì)，并具備良好的可擴(kuò)展性。當(dāng)工廠需要擴(kuò)充產(chǎn)能或調(diào)整產(chǎn)線布局晶圓制造廠物流系統(tǒng)并非單純完成物料搬運(yùn)作業(yè)，而是一個(gè)融晶圓制造廠物流系統(tǒng)涉及多個(gè)系統(tǒng)(如MES、AMHS、設(shè)備、工藝系統(tǒng)等),實(shí)際落地實(shí)施時(shí)仍存在不同廠商、不同版本的兼容問晶圓制造廠對物流系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性的要求極高，任何系統(tǒng)速低振運(yùn)動控制算法、規(guī)范性的軌道標(biāo)準(zhǔn)安裝調(diào)試方式及夾具機(jī)械緩沖架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，并通過專業(yè)的振動檢測儀器測量確認(rèn)滿足≤0.35G的要求。晶圓廠每日數(shù)十萬次的高強(qiáng)度復(fù)雜物流搬運(yùn)，對調(diào)度系統(tǒng)的能以應(yīng)對如此高頻次的物料搬運(yùn)需求。它必須能夠個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的流動狀況，精準(zhǔn)預(yù)測并調(diào)度搬運(yùn)任務(wù)，確保晶圓能夠高效、精準(zhǔn)地送達(dá)指定位置。此外，調(diào)度系統(tǒng)還要具備高度的靈活性與可擴(kuò)展性，以應(yīng)對晶圓制造廠未來可能的生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大與工藝升級。新施諾天車系統(tǒng)在物理建設(shè)開始前，利用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建虛擬晶圓廠模型進(jìn)行全面模擬，通過模擬完成整廠布局優(yōu)化和調(diào)度算法的驗(yàn)證。模擬不同AMHS布局(如軌道走向、存儲位流效率的影響，在設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)并解決潛在的交通擁堵問題。同時(shí)鑒于晶圓制造行業(yè)對時(shí)效性的嚴(yán)格要求，以及天車系統(tǒng)單軌運(yùn)行的特殊性，天車系統(tǒng)必須在極短時(shí)間內(nèi)完成物料搬運(yùn)任務(wù)，并且具備迅速修復(fù)緊急故障的能力。天車系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行對于整個(gè)晶圓制造流程至關(guān)重要，任何微小的故障都可能導(dǎo)致生產(chǎn)線的停滯。因此，必須制定詳盡的基礎(chǔ)維護(hù)保養(yǎng)和異常處理的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程，以確保操作人員能夠迅速響應(yīng)并解決潛在的問題。此外，對操作人員進(jìn)行這些流程的熟練培訓(xùn)至關(guān)重要，以便在緊急情況下能夠迅速采取行動，最大限度減少生產(chǎn)中斷的時(shí)間。同時(shí)，建立定期的系統(tǒng)性能評估機(jī)制，通過數(shù)據(jù)分析預(yù)測潛在的故障，并及時(shí)采取措施預(yù)防系統(tǒng)停機(jī)。這些綜合措施將共同確保天車系統(tǒng)的高效和穩(wěn)定運(yùn)行，滿足晶圓制造行業(yè)對物流時(shí)效性和穩(wěn)定性的嚴(yán)格要求。晶圓制造廠的物流系統(tǒng)核心技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展趨勢在晶圓制造面臨更高產(chǎn)能和更復(fù)雜工藝的發(fā)展趨勢下，未來物流系統(tǒng)的效率與可靠性將迎來更大挑戰(zhàn)。為提升整體運(yùn)行水平，行業(yè)正加速推進(jìn)智能化與傳輸效率升級，如：人工智能賦予系統(tǒng)自主優(yōu)化與預(yù)測性運(yùn)維能力；數(shù)字孿生提供全流程可視化與決策支撐；四向智能軌道車與網(wǎng)格化布局實(shí)現(xiàn)靈活搬運(yùn)與高效調(diào)度。這些核心技術(shù)正在重塑晶圓廠的物流格局，推動生產(chǎn)系統(tǒng)向更加高效、穩(wěn)定和智能化方向發(fā)展。1.人工智能的深度應(yīng)用在現(xiàn)代晶圓制造廠物流系統(tǒng)中，人工智能正成為提升系統(tǒng)效率與可靠性的核心驅(qū)動力。盡管傳統(tǒng)調(diào)度算法能夠在多維權(quán)重和業(yè)務(wù)規(guī)則下實(shí)現(xiàn)高效路徑優(yōu)化，但隨著晶圓廠規(guī)模的不斷擴(kuò)張、工藝節(jié)點(diǎn)的持續(xù)升級以及生產(chǎn)節(jié)拍的加快，調(diào)度算法在動態(tài)響應(yīng)能力和自適應(yīng)優(yōu)化方面逐漸顯現(xiàn)瓶頸。人工智能的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在幾個(gè)方面：系統(tǒng)能夠基于實(shí)時(shí)狀態(tài)和生產(chǎn)反饋?zhàn)灾鲗W(xué)習(xí)最優(yōu)策略，實(shí)現(xiàn)全局效率的持續(xù)提升；多智能體協(xié)作調(diào)度將運(yùn)輸單元與緩存區(qū)等物流元素視為獨(dú)立智能體，定性；同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)有調(diào)度算法的業(yè)務(wù)權(quán)重體系和長期運(yùn)行數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生技術(shù)正成為晶圓制造廠物流系統(tǒng)全生命周期管理的重為規(guī)劃、建設(shè)及運(yùn)營提供了戰(zhàn)略性決策支持。在規(guī)劃與建設(shè)階段，資，并提升建設(shè)方案的科學(xué)性與可驗(yàn)證性。在生產(chǎn)運(yùn)行階段，它通過與實(shí)際物流系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互形成虛擬到現(xiàn)實(shí)的閉環(huán)，幫助運(yùn)負(fù)載均衡及異常處理能力。同時(shí)，數(shù)字孿生技術(shù)提高了生產(chǎn)過程的隨著晶圓制造廠對物流靈活性、生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率的要求不斷提升，傳統(tǒng)單軌道、單向前進(jìn)的OHT小車已逐漸顯露局限性。在當(dāng)前晶圓廠中，車輛僅能沿軌道分叉前進(jìn)，軌道布局受限，機(jī)臺擺放空間和物流路徑優(yōu)化受到制約，當(dāng)遇到車輛異?；驌矶聲r(shí)，往往會影響整條軌道的運(yùn)行，降低系統(tǒng)整體效率。未來軌道車體的技術(shù)發(fā)展趨勢正在向四向智能車及網(wǎng)格化軌道系統(tǒng)方向演進(jìn)。與傳統(tǒng)天花板單軌道相比，四向車的網(wǎng)格軌道布局具有多重優(yōu)勢。首先，網(wǎng)格軌道能夠更靈活地匹配晶圓廠機(jī)臺的多樣化擺放，實(shí)現(xiàn)高密度空間利用和生產(chǎn)線自由布局，有效解決單軌道