通常，自动化是指集成在自动过程中用于降低人工操作程度的硬件和软件系统。自动化又包括信息自动化和物流自动化两个部分（图1）。信息自动化与工艺步骤的执行过程相关，包括制造执行系统（manufacturing execution system, MES）、信息通讯、工艺设备工作状态监测（用于工作程序和工艺过程管理）、物料识别和追踪等等。物流自动化通常和WIP传送相关（例如FUOP，SMIF等），包括如何将其运送到工艺设备端或者在不同的存储区域之间进行调度，以及晶片在工艺设备内部的传送（包括设备内部缓冲区，装载端口-port，晶片传送机械手臂等）。

　　从整个工厂的角度来看，许多设备内部的自动化晶片传送部件都可以被定义为信息自动化系统中设备控制和管理功能的一部分。除了WIP自动传送外，光罩传送自动化也是传送系统自动化的一项内容。通常，人们将传送WIP和光罩的自动化系统定义为自动物流处理系统（AMHS），它已成为现代化300mm半导体工厂自动化系统中最大的单项投资项目。
　　过去几年的经验显示信息自动化可以大大推动产品成品率（yield）的提高。因为信息自动化可以大大提高设备管理水平、进行工艺数据收集和统计工艺控制（SPC）、保证物流控制更加顺利，同时还可以提高recipe管理水平和提高物质识别准确率，从而减少误操作和返工（rework）现象。此外，信息自动化还可以改善WIP的直观监控，实现先进的实时派工，提高生产速度。经验证明，对信息自动化进行投资可以增加fab附加价值。
　　过去，物流自动化的作用在于保证工艺设备有事可做，维持足够的WIP流向下一道工序并且使WIP顺利地传送到下一台工艺设备。通常，200mm fab采用人工传送和存储WIP、或者人工传送和interbay之间自动传送与存储相结合的运作模式。Intrabay更加复杂的传送和存储则通过操作工人按照信息自动化系统的指示来完成，从而在合适的时间将合适的WIP传送到合适的设备上。Interbay自动化取代了操作工人的长距离搬送。
　　对于300mm fab来说，人工WIP处理已经被自动化传送系统所取代，包括所有工艺设备之间FOUP的传送、存储和分发。早期的300mm fab是通过MES系统对传送和存储流量进行控制的，AMHS主要用于满足MES下一道工艺对加工物料的需求。此外，可以通过AMHS控制软件对物料存储、管理和传送路线进行优化。
　　现在的300mm AMHS系统则不同，它被事先整合在fab高层次信息系统中，可以在预估工艺完成时间的基础上预测WIP传送需求，对fab内发生的各种异常状况或生产环境的改变（例如计划外设备停机等）进行自动响应。现在的AMHS系统已经从上一代“下一道工艺步骤”响应系统发展到最大程度减少设备空闲时间、提高生产速度、缩短生产周期和实现fab生产目标的先进系统。
　　200mm自动化传送系统
　　对于早期的200mm fab来说，大部分WIP传送、存储和分发是通过人工操作完成的。后来的200mm fab在人工操作基础上结合了interbay自动传送和存储系统，然而WIP和设备之间的流通仍然没有实现自动化。200mm fab向自动化传送系统的转变是迫于fab规模扩大和产量提高所带来的压力。为了提高生产效率或生产更多种类的产品，许多200mm fab采用了AMHS系统促进生产或改善多种产品共线生产的管理，最终开发出更先进的fab布局，充分利用interbay高效率自动传输的优点。
　　AMHS能够满足更大规模fab运行的需求。此外，fab内操作工人和信息自动化系统以及产品管理系统之间的密切合作也是提高生产速度、使fab能够按照承诺出货的重要因素。通常，操作工人和各区经理可以通过各区的生产经验和相关知识提高生产速度，达到生产时间表的要求。操作工人可以通过其聪明才智对生产条件的改变进行快速响应，例如为批量处理工艺安排合适的lot，预先将WIP停在合适的步骤、设备停机、设备维护以及其他计划内或计划外的事件。
　　200mm AMHS的作用是直观地控制WIP和取代没有任何附加价值的interbay人工搬送。AMHS的存储容量和传送速度必须能够满足生产需要，使操作工人可以及时获取所需WIP。200mm fab中，AMHS起到非常重要的作用，它可以使fab实现大规模生产，可以帮助操作工人提高生产速度和缩短生产周期。
　　早期的300mm自动化传送系统
　　早期的300mm AMHS系统实际上是200mm interbay传送系统的延伸，它在已有interbay传送系统上增加了intrabay传送系统。当然，存储货架（stocker）需要增加额外功能-interbay/intrabay之间的传送界面;此外，还要增加stocker容量，用于取代intrabay WIP的存储。300mm AMHS系统还增加了一种新型的运输工具-intrabay空中运输（OHT）小车，它可以将物料（FOUP）直接传送到设备。现在就可以进行lot的全自动运送了。首先，系统将lot从工艺设备的装载端口（port）转移到OHT小车上并传送到各区所在stocker里面;然后，stocker机械手将lot转移到interbay界面，装载到interbay空中往返运输车（OHS）上;接着，OHS将lot运送到离下一道工序最近的stocker中存储起来（图2）;需要加工这个lot时，intrabay OHT到stocker自动调取该lot，将其运送到设备端并放置在设备的装载port上。整个传送顺序如图3所示。


　　这是一套高度机械化的分离式传送系统，整个动作需要进行两次stocker之间的传送，OHT装载车只能在指定的intrabay内部工作，需要通过总系统将各个分离部分（intrabay, stocker, interbay）的控制子系统联系在一起。传输管理只能局限于与传送动作相关的有限区域内，整个系统的传送速度受到固定。这种早期的AMHS设计实际上是建立在早期fab工艺流程的基础上的，它必须根据intrabay的生产速度为各个intrabay分派许多空中运输车。分离式的布局限制了AMHS的灵活性，它不能对工艺流程或其它异常事件做出快速反应。
　　分离式300mm AMHS系统能根据MES的需求（“下一步是什么”）做出反应，完成整个制造系统的目标。但是，分离式AMHS系统interbay OHS运输车和intrabay OHT运输车的数目是固定不变的。运输车的重新配置必须通过人工操作来完成，因此限制了分离式AMHS系统对fab变化的响应速度。
　　现在的300mm自动化传送系统
　　300mm AMHS intrabay传送和设备之间的直接传送给早期的AMHS系统带了巨大的挑战，它要求能够实现类似操作工人那样的灵活性。在早期300mm分离式系统经验的基础上，AMHS供应商正在尝试对其进行修改，改善AHMS自动化系统的灵活性和柔性。
　　首先，OHT系统被延伸到interbay区域，OHT运输车可以在fab内的任何地方漫游。与分离式intrabay布局相比，统一后的布局方式有许多显著优点：
　　● 不同bay之间传送时不再需要在stocker进行传送。
　　● 可以实现不同bay不同设备之间的直接传送，时间更短，速度更快。
　　● 可以实现动态负载平衡，传送系统可以“预计”生产速度的需要并且合理分配各区运输车的数目。
　　● 可以为距离最近的运输车动态分配任务——当一辆运输车完成一项任务后系统可以根据其所处位置合理分配下一项任务。即使此时已经为另外一辆距离更远的运输车分配了任务，也可以进行及时调整。
　　就象200mm fab中操作工人将前道工序完成的lot事先搬送到下一代工艺设备附近一样，现代化的AMHS系统中可以将FOUP存储位置从stocker转移到靠近下一道工艺设备最近的地方，通常称为轨道下方存储（under-track storage，UTS）或零占地面积存储（zero-footprint storag，ZFS）系统。UTS就象是线性分布的小stokcer，它可以随时被运走或放置到设备上。UTS使用了洁净室的部分空中预留空间，但是不会占用工艺设备空间（图4）。UTS具有以下优点：

　　● 使WIP更加靠近工艺设备，缩短从存储货架到设备端的传送时间。
　　● 减小存储货架占地面积，省下空间放置更多工艺设备。
　　● 成本低，UTS不仅可以减少投资，而且可以减少占地面积、提高可靠性和取消定时保养维护。
　　为了支持整体式AMHS、动态传送路线选择和UTS存储，AMHS传输控制和物料控制系统必须具有正确分配任务、高效利用资源、动态平衡fab负载、持续检测与WIP相关的上百个参数并及时做出反应的智能功能。通过intrabay和interbay系统的统一与整合，控制系统可以直观地显示和协调控制各个传输动作。通过动态控制空中传输车位置，fab内传输系统的各项资源可以得到最佳优化和利用。AMHS的动态决策功能使AMHS从早期通过快速机械运动缩短生产周期的设计理念过渡到智能控制空中运输车位置、合理派工的新理念。此外，信息自动化和传输自动化系统还可以通过fab管理软件整合在一起，通过MES数据、实时派工信息、设备工作状态监测和AMHS功能提高生产速度和动态分配任务。当这些系统被预先整合在一起、优点得到充分发挥时，我们还能获得额外的附加值和好处。通过这种整合，AMHS系统可以预计各种物料的需求量，并且根据制造环境的变化进行动态调整。现在的300mm系统可以实现传统fab运作模式和早期AMHS系统所不能达到的功能，给fab带来更多的附加值。
　　现代AMHS系统的评估必须依赖于复杂的模拟系统。通过模拟系统可以将AMHS与生产速度和生产周期连在一起。终端用户必须评估哪种AMHS系统能够提供最好的功能和最好地与fab信息系统整合在一起。同时，终端用户还要考虑fab信息系统的发展方向以及与之相兼容必须满足的条件。
　　整体式AMHS系统和UTS的开发降低了存储货架（stocker）的作用。然而，实际经验显示当fab存储需求超出UTS容量或者突然需要大量运输车时，非UTS存储系统还是必须的，这种情况还需依靠大量的存储系统和分布在bay内部的OHT I/O端口。
　　300mm自动传送系统的未来挑战
　　现在的300mm AMHS系统必须在提高生产速度、缩短生产周期和快速适应fab制造环境变化等方面进行持续改善。此外，300mm AMHS系统必须能够在首次投片到成熟生产期间快速发展和壮大起来，同时适应和满足fab的各种需求。最后，为了优化和利用现有系统，fab必须深入研究AMHS模拟系统，领会和了解将各个软件系统完全整合在一起对充分发挥AMHS功能，满足fab目标的作用。