Fully Auto,还有多远?

Fully Auto是半导体制造厂的追求与命题。

伴随着全球工业智能化升级浪潮,传统以OHT(天车)作为主要运输系统的AMHS正在发生革新,兼具自主移动和操作能力的移动机器人(AMR)发展成为晶圆新建厂标配。空中高速运行、交错穿梭的OHT,与地面柔性灵活的AMR相互补充,共同铺开半导体智慧工厂的变革之路。

作为半导体“新质生产力”,AMR以极高的柔性和协同性见长,实现半导体制造在效率、柔性和投资回报率的有机协调,彻底完成全流程的无人化生产,让Fully Auto不再只是遥不可及的愿景。

AMR:柔性 效率和ROI的最优解

成熟制程之战下,稳定的产能和良率的追求倒逼着工厂不断探寻智能化升级之路。拥有完善的自动化生产体系,决定着是否能在未来芯片竞争中拔得头筹。

在先进制程晶圆厂,OHT往往被作为主要物料搬运方式来实现全场运输、上下料的自动化。OHT行进速度可达3.5m/s,单一物料传输执行效率高,是晶圆厂内的物料输送“大动脉”。

不过,在物流高速运转的背后,多数晶圆厂却面临着颇为骨感的现实:依靠轨道铺陈的天车部署难度大,工程造价高昂,往往只有12寸及以上的尖端晶圆厂才能引入,而能够拥有覆盖整场OHT系统能力的工厂更是屈指可数。

同时,由于轨道布局和施工的限制,OHT往往在晶圆厂设计之初即开始规划,部分已建成的晶圆厂更是难以导入OHT系列。这让物流自动化对于多数半导体工厂成为了一个“可望不可及”的梦想。

全天车覆盖方案之外,晶圆厂亟待找到一个兼顾效率、柔性及投资回报周期的物流自动化方案。

相较于天车线性运输、轨道受限的特点,在地面兼具自主移动和操作能力的AMR具有更高的柔性和效率,作为AMHS系统的标配,正成为各大半导体厂实现整场物流自动化的新选择。

“通过AMR的多机协同作业,能够给工厂产线带来更高的物流效率。”深圳优艾智合机器人科技有限公司工业物流事业部总经理许瑨表示。在某全球头部半导体T企业的8寸FAB厂中,引入优艾智合23台AMR在Inter Bay两侧总计12个Intra Bay交汇处跑环线运送SMIF Pod。

“ATS20移动机器人车身有20个储位,人工搬送使用的推车一般是6储位,OHT是1个储位。虽然OHT速度是AMR的4倍,但是单次搬送量仅有1/20,根据项目的测算,搬运20个SMIF Pod行驶同样的距离情况下,在运输效率上,OHT综合效率仅有AMR方案的1/5。”

作为国内半导体领域出货量最大的移动机器人企业,优艾智合针对半导体生产打造了覆盖仓库到线边缓存、Inter Bay到Intra Bay,以及Intra Bay间自动化上下料等全场景的AMR物流自动化解决方案,服务了台积电、中芯国际、芯联集成等众多全球知名半导体厂商。

优艾智合自主研发的Fusion SLAM算法,让AMR在跨场景或复杂环境下以亚毫米级的精度保持稳定移动,并且能够不停机适配厂区扩容、设备更新、布局调整等实际变化,极大缩短部署周期,保障生产效益的同时,带来更柔性的场内物流模式。

同时,作为智慧物流中枢的YOUI TMS软件系统实时与RTD、EAP、MCS的数据交互,根据生产节奏智能生成和拆合物流订单,让物料集约化地流转,确保物流综合效率最优。

“无论是Fully Auto还是Semi Auto,本质上追求的还是产能的提升和良率的精进,AMR从产线物流环节为半导体厂提供了兼具柔性、高效和ROI的最优选择,让半导体生产真正实现Fully Auto。”许瑨表示。

打造半导体智慧物流毛细血管

对于AMR厂商来说,Fully Auto意味着整厂所有生产设备、料架都需要由机器人管控。在实际的整场改造实践中,一个车间满配的机器人数量往往在百台级别,并有多种形态的机器人并存,这对AMR的大规模集群全域调度能力也提出了极高的要求。

在全球某头部半导体企业的8寸FAB厂中,优艾智合50多台AMR协同搬运在制晶圆,覆盖生产全制程涉及从光刻到清洗全流程,SMIF POD在Intra-Bay和Inter-Bay之间反复流转,每天执行任务超12000个,保障工厂稳定连续的生产节拍。

“8寸FAB厂项目,本质上体现了AMR在OHT+AMR解决方案中的核心优势和难点——大规模集群调度。复杂工序中,移动机器人必须要拥有大规模集群调度能力,才能智能化适应厂内产线变化和环境变化,确保物料流转更加稳定、柔性、高效。”许瑨指出。

他进一步表示:“这一能力的实现并不容易,优艾智合自成立之初即在深耕机器人集群调度系统YOUI Fleet,目前,优艾智合已实现商业实践中最大调度单一集群机器人数量超过200台,仿真压力测试极限超过1000台。”

通过对移动机器人的集群式调度管理,以及异构移动机器人的集群协作,优艾智合实现了大规模AMR在工厂内的全域柔性调度,保障移动机器人集群作业的稳定安全,最终使机器人的工作效能达到最优。

半导体精密的生产工艺和严格的生产环境同样也对AMR性能提出了极高要求。

在AMR自身的硬件性能上,AMR需要充分考虑半导体的行业特性,既要符合洁净度等硬性指标的要求,最好能适配更多夹具,保证满足所有半导体生产设备的上下料需求,同时也需要足够的单体智能,使生产更具柔性,有效保证良率、提高产能。

在与设备、仓储系统等的协同上,AMR作为主要的搬运设备,需要符合SEMI的协议标准要求,同时也需要和主流的智慧生产系统协同打通。这也对AMR的软硬件系统的开放性提出了更高的要求。

以优艾智合历时两年打磨推出的OW系列机器人为例,这台机器人能够满足CLASS-1洁净车间等级要求,正常搬运时振动值在0.2G以内,优于国际SEMI标准规定的0.5G,有效避免搬运过程中产生振动导致裂片,保障晶圆稳定安全运转。

在Intra Bay中,优艾智合OW系列支持敏捷换装针对FOUP \ SMIF Pod \ Open Cassette \ Shipping Box \ Magazine等多种治具的套件,满足大多数半导体领域机台上下料需求。机器人工作于强辐射、高洁净等级、高震动等级要求的场景,具备高度的场景适配性。

凭借过往丰富的商业实践,优艾智合的软硬件系统在完全符合SEMI的协议标准要求基础上,可与主流的MCS、EAP、RTD等智慧生产系统协同打通,能够有机融入不同客户的自动化系统架构中,有效实现整场物流自动化。

许瑨表示:“在Stocker与E-Rack再到机台上下料环节,AMR就像生产物流的‘毛细血管’,用柔性、稳定、精密的网络通路,保障生产物质流与数据流的畅通。”

当下,AMR作为实现整场无人自动化的新选择,正成为半导体厂追求先进制造的标配。“未来优艾智合将长期深耕半导体行业,业务覆盖第一、二、三代半导体制造的衬底、外延、FAB、掩模、封测等细分领域的全生产环节,助力实现Fully Auto。”许瑨表示。


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