现在,新建的半导体工厂以300mm为目前市场主流。对于输送系统厂商的要求,大部分皆以300mmFOUP的Mini Environment方式为中心。由于半导体制程技术的提升,生产所需制程数的增加,致使必要的输送量也随之增大,又因重量增大的关系(FOUP约10kg),若由人来输送将会相当的困难,故全自动化的输送系统已成为目前的规划主流。
参考最近的半导体工厂规划案例,现列举一些对于输送系统厂商所要求的项目如下。
(1) 库存最小化
(2) 输送时间最小化
(3) 提供高度的输送系统逻辑(MCS),进而实现QTAT。
(4) Multi Vendor的对应
(5) 对于需求的多样化,提供充实完整的商品
特别是第(3)点,比单体机器性能更为重要的是,为了实现各机器能在最佳的时间点连续输送,且让输送机器间的等待时间趋近于零,也就是所谓Door to Door的输送,MCS(Material Control System)机能成为非常重要的项目。
今后,系统的多机能性及弹性是半导体工厂在输送系统规划时最有可能被要求的项目。针对此要求,以MACS为核心,整合各机器的弹性机能的输送系统提案就成为最重要的课题。MACS(Muratec Control System)是针对Clean输送的管理及控制用所开发的MCS。
现将系统的机能列举如下:

•Local Level的输送控制及相关输送管理的控制
•输送物管理情报及系统全体的追踪(Tracking)
•HOST(如MES)与Local Level输送控制的中继界面
•资料收集及对HOST与Operator的报告(GUI)
•输送最佳化(JIT Transport)
•特急Lot(Hot Lot)输送管理
•Web使用(GUI)
•远距离操作及维护
•Cluster方式控制,系统无中断现象(Down Time最小化)
•Local对应容易,简单的Layout变更可能
•Email方式资料讯息报告(警告,Alarm等)
当然,为了实现整体性的输送系统,多种多样化的机器单体也是相当重要的要因。以下是针对半导体工厂输送系统所提供的机器设备介绍。
输送系统设备介绍
•Clean DEPO(CD300)
Clean DEPO是指Clean Room内暂时保管用的仓库,是为了吸收前制程机台处理完毕到次制程开始之间,其因时间差所产生的暂存物。因此,机台装置间的处理时间及等待输送的时间越长,则产品滞留时间也会变得越长。即使是确立出合理的生产计划,现在仍然无法完全避免此滞留现象的发生。所以对于输送系统厂商而言,所追求的乃是保管效率高,且高速入出库可能的机器开发。而现在更致力于进一步的高速化,以期缩短Cycle Time在平均12.5秒以内。
最近有一趋势,就是在装置机台侧附近分散配置小型的Mini Stocker,而在制程比较大的区分处集中设置大型Stocker。

除了Standard Type外,另有Tall Type、Tower Type两种机种。
(1) Standard Type(4m高左右)→图1
设置在Grating Floor之上时适用
(2) Tall Type(12m高左右)→图2
Grating Floor下之空间可活用时适用
(3)Tower Type(20m高左右)→图3
楼层间输送Lifter与Stocker结合成一体,可合理降低系统的成本。(楼层间输送需求大时适用)。
•Inter,Intra Carrier →图4,5
Intra Carrier是指OHS(Over Head Shuttle)输送台车系统。一般是使用在工程间的暂时保管仓库Stocker之间的输送。此移载装置的特征是为在地上侧可高速移载而可大量输送。
Intra Carrier是指OHT(Over Head Shuttle)输送台车系统。其与AGV系统不同之最大特长是从装置上部可以直接输送,也就是3次元输送的实现。对于目前300mm FAB的制程内输送系统,在最佳空间效率及系统安全性上,此设备系统最被世界的广泛认知。
该系统的特点,是在Inter,Intra Carrier的轨道及驱动部有着共通化设计,于其二者间可弹性的相互运转输送。
如图6所示,包含分歧、合流在内的Layout弹性设计的可能。
关于特性现介绍如下:
〈Inter,Intra Carrier共通点〉
1、非接触式给电
2、Feeder无线通信
3、高速输送,走行120m/min
4、走行轨道的单元化
分歧,N分歧、Y合流,Curve,Shortcut等
5、高输送效能之台车运行管理系统
〈Intra Carrier〉
1、 位置补正机能(机台侧安装条件的)
移载位置补正(走行的直角方向):横向补正
角度补正:θ补正
2、高速移载
3、安全机能的充实
•Mobil Robort(MR300)→图7
为将200mm时代为工程内输送用开发的6轴垂直多关节Robot搭载于完全无轨道式AGV(Automatic Guided Vehicle)上的300mm Line专用版。并采用了200mm时代所研发出的利用CCD画面处理技术的Guidance方式。
300mm FOUP的生产线,基本上对于其全部装置的通讯,为了要依照SEMI的规格设计,故采取统一的移载模式。也因此在移载部方面就不再需要6轴多关节Robot,取代的是精简的4轴水平多关节Robot。使得原本已非常高弹性及高输送能力的控制方式,其更高信赖性、更低成本及更高输送能力的实现。
MR300的特长列举了以下的几点:
(1) 完全无轨道方式
不需要设置地板上的Tape及Marker之类,采用完全无轨道方式
(2) 采用CCD Camera和IR(红外线通信)UNIT
天花板上装设了CCD Camera和通信用的IR(红外线通信)Unit来对该楼层上之所有AGV进行整体管理,非常高弹性、合理的输送可能。
(3) LAYOUT的弹性
因为不需要设置地板上的Tape及Marker,且因设有走行Layout Map的地上控制装置,故Layout的变更可在最短时间内完成。
(4) 最适当的派车逻辑
全数的台车状态在地上侧有着统一化管理,台车之间的相互干涉、等待时间可降低至最低。而且
•AGV到达目的地为止的走行时间
•输送指令的经过时间
•输送指令赋予的优先度
等等皆能即时的监视,并进而实现输送的最佳化。
•RGV(RGV300)→图8
最近取代工程内输送AGV的RGV(Rail Guided Vehicle)需求增加相当多。RGV因有轨道的引导,故其具有走行动作安定以及移载动作安定的特长,也因其特质使其在高速走行、高速移载状态下,为具有信赖性极高的输送机器。但在200mm的时代RGV并没有被广泛的采用。有其以下的要因:
•因为轨道设置在地板下,其地板下工事与无尘室特有的地板下配管会有诸多干涉产生。
•装置侧的移载点规格在没有统一之下,RGV特有的简单机构的优点无法发挥。
•无法对应自动化输送的装置很多,且在BAY内与操作人员共存的不可避免。
但是,在300mm Line机台装置侧,因有SEMI的规格标准,因出于同一式样故不再需要复杂的移载机构。RGV有如拨云见日一般,有其发挥之空间。而且因为规格统一,其BAY内的全数机台装置也可能对应自动化输送,不再需要人力来输送是为其重要因素。对于RGV最大的特长之一的地板下工事,若因地板下工事问题排除即可解决。
在此,对于RGV300的特长,列举了以下几点:
(1) Single Guided Rail的采用
地板上简单的单一导轨采用,使其走行信赖度更加提高。
(2) AGV的约4倍~5倍的输送能力
精简的移载机构的采用,使其移载时间短缩以及150m/min的高速输送的高度输送能力得以实现。
单位时间的输送量可达到150~200,当须输送至交换时间短的装置时最为适用。
(3) 工事时间的大幅度减缩
采地板上工事以及精简移载方式的结果,1条RGV输送设备线,从工事开始至ON LINE上线大约只需要8个小时。
•MCCS(Muratec Clean Control System)→图9
MCCS由输送系统整体统合的MACS(Murata AMHS Control System)和各输送机器单体的Cell Control所构成。MACS就是与MCS(Material Control System)的部分相当,并对于配置在其下位的全部输送机器作一元化管理,让各级其装置稼动情形更加有效率。
为对应Multi Vendor化的需求,完全遵照SEMI所规定的Interface。
MCCS的特长有下列几点:
(1) 信赖性、生产性的提升
•地上Controller(Cell Controller)、机械侧Controller的共通化
•通信Protocol的统一
(2) 维护性的提升
•利用电话线路进行Remote Maintenance
•Controller的共通化
(3) 新功能的充实
•IBSEM、STKSEM、AMHS framework/Integrator等等SEMI规格的支援
•优先Lot输送、输送Dispatcher功能
(4) Cost Down
共通单元的采用
结论
迎接300mm时代的来临,输送量的增大和Q-TAT相反内容的实现,客户的需求除了单体机器的性能不能原地踏步,输送系统全体的效率更加提升、机台装置之间输送时间的极力缩短是为重点。
从半导体的制程数的增大、大量生产的需求来看,工厂整体要求平均每小时数千次输送量的时代而言,现在自动化输送系统已经是工厂自动化中不可欠缺相当重要的一环。
输送系统厂商今后更要提供信赖性更高、速度更快的输送设备。同时对单体机器性能的提升更是不容忽略。以系统整体性或是工厂整体的合理化、生产面的提升为目标和与客户划为一体,并肩迎向未来是我们最重要的理念及课题。