带你轻松了解半导体CIM系统之AMHS (二)

带你轻松了解半导体CIM系统之AMHS (一)话接上文半导体AMHS系统是芯片制造晶圆厂中十分关键的系统由搬运设备存储与净化设备和控制系统组成。而在Fab晶圆厂中AMHS中的OHT也就是天车搬运十分繁忙系统出现问题会给生成带来巨大的损失而机台与小车是如何做到这么有默契地配合不会造成乱抓乱放FOUP等故障的呢这就离不开我们本期的主角也就是与AMHS系统息息相关的SEMI-E84协议了。SEMI协议是国际半导体协会制定的行业规范里面有硬件相关的也有软件相关的如下图就是SEMI协议中的软件部分也是我们整个半导体CIM系统的基座。半导体SEMI协议什么是E84?随着更大更重的300毫米晶圆和更小的芯片拓扑结构的引入由人工手动装载或卸载物料变得不切实际同时还面临污染风险。因此引入了SEMI E84协议实现物料在设备与各OHT高架起重机运输系统或AGV自动导引车之间的自动化输送从而最大限度地提升产能。每一个协议都有特定的作用对象而E84协议主要是生产机台与AMHS系统主要为OHT部分的通讯协议。E84协议定义了用于并行I/OPI/O接口的手握信号以实现FOUP等搬送过来与将FOUP等搬走的自动化操作。PI/O信号的具体含义会在以下E84流程中作详细介绍。自动化物料搬运系统AMHS可采用自动导引车AGV或架空输送OHT系统但无论采用何种方式物料均通过载具进行输送。E84协议作用示例E84流程是什么样的?首先理解E84流程的前提要知道什么是parallel input/output (PI/O) 并行I/O控制信号PI/O控制信号是半导体自动化生产中用于实现自动化物料搬运系统AMHS与生产机台 / 储料设备之间载体交接控制的核心信号集合作为 AMHS设备如 AGV、RGV、OHT、OHS与被动设备如生产设备、计量设备、储料器的 “通信桥梁”专门用于控制载体FOUP、开放式晶圆盒等的交接操作装载 / 卸载确保设备间协作的可靠性与效率。PI/O控制信号包含装载端口分配信号用于指定载体交接的目标端口、交接控制信号触发装载 / 卸载动作、状态反馈信号告知对方设备当前交接进度等随着技术的发展现在的PI/O控制信号已经可以实现 SEMI E84-1109标准规定的连续交接两次载体串行转移、同时交接两次载体并行转移以及接口错误检测识别信号传输或交接动作异常。下表为常用的具体信号内容PI/O控制信号以CS_0与CS_1举例CS_0和 CS_1是PI/O接口的核心交接控制信号例如CS_01、CS_10 是 “单个载体交接” 的信号组合当然该信号生效前提需配合VALID1平台有效、READY1平台就绪否则 CS_0/11 也不会触发动作。CS_0与CS_1比较接下来我们介绍下经典的Load上货与Unload下货流程其实每一个复杂流程都是由多个基础的PI/O控制信号所组成的。以下两张图分别展示了单次交接中loading/unloading的时间图各信号交互顺序如下主动设备AMHS 设备如 OHT/AGV到达装载端口前的交接位置后指定要与被动设备进行载体交接的装载端口号通过 CS_0/CS_1 选择对应载体平台。主动设备将VALID 信号置为ON表示 CS_0 和 CS_1 的信号跳变有效。注被动设备需在主动设备将 VALID 置为 ON表明接口通信有效之后才去校验 CS_0 或 CS_1 是否为 ON。若装载端口已准备好执行装载操作被动设备将L_REQ 信号置为 ON若准备好执行卸载操作则将U_REQ 信号置为ON。为请求被动设备启动载体交接操作主动设备将TR_REQ 信号置为 ON。当被动设备准备好进行载体交接时将READY 信号置为ON。主动设备确认READY信号为ON后将BUSY 信号置为ON并开始交接操作。当载体被正确放置到装载端口装载场景或装载端口上的载体被取走卸载场景时被动设备将L_REQ或 U_REQ信号置为 OFF。装载 / 卸载操作完成且主动设备已离开交接冲突区域后主动设备将BUSY 信号置为OFF。主动设备必须在将BUSY置为OFF前确认 L_REQ或 U_REQ信号已被置为OFF。主动设备在将BUSY置为OFF后将TR_REQ 信号置为OFF。主动设备将COMPT 信号置为ON以通知被动设备交接操作已完成。注若被动设备要校验 BUSY 和 TR_REQ 信号为 OFF需在主动设备将 COMPT 置为 ON表明主动设备已完成交接之后再进行校验。被动设备确认主动设备已将 COMPT 置为ON后将READY 信号置为OFF。待READY信号被置为 OFF 后主动设备将COMPT、VALID、CS_0 和 CS_1 信号置为OFF。当 VALID 信号被置为OFF时与被动设备的握手流程结束。注若被动设备检查 COMPT、VALID 及 CS_0 或 CS_1 信号应允许这些信号以任意顺序置为 OFF且不报错。Signal Time Diagram for Single Handoff (LOADSignal Time Diagram for Single Handoff (UNLOAD)E84的未来SEMI E84是AMHS系统与生产机台间的并行I/OPI/O载体交接标准其未来演进将紧密围绕更高效率、更强兼容性、更智能化、更安全可靠四大核心方向展开1.向更高效的并行 /批量交接演进多载体并行交接扩展当前E84主要支持双载体CS_0/CS_1并行交接未来将向多端口、多平台批量交接扩展适配300mm/450mm大尺寸晶圆、高密度FOUP场景进一步提升Fab物料周转效率。低延迟通信优化针对高速AMHS如 OHT/OHS优化信号响应时序缩短交接准备时间适配更高节拍的生产需求。2. 向数字化、智能化方向融合状态感知与预测性维护在PI/O信号中增加设备健康、载体状态、交接质量等数据反馈如载体倾斜、端口磨损、信号抖动监测支持设备预测性维护减少停机。AI 辅助决策结合工厂MES/FA系统让E84接口支持动态端口分配、智能冲突规避根据设备负载、晶圆优先级自动选择最优交接路径。3. 向更开放的互联互通与标准化演进与新一代通信协议兼容逐步兼容TSN时间敏感网络、5G 等工业以太网 / 无线通信技术在保留PI/O硬实时性的同时支持更灵活的网络部署。跨厂商互操作性增强进一步统一信号定义、时序参数与错误处理逻辑减少不同设备厂商如 AMHS、设备端的自定义扩展提升跨厂商设备的即插即用能力。4. 向更高安全与可靠性方向升级功能安全强化增加信号校验、冗余传输、紧急停机优先级等功能安全机制符合 ISO 26262/SEMI S2 等安全标准避免交接过程中的晶圆碰撞、掉落风险。错误自恢复机制在标准中定义可自动恢复的错误处理流程如短暂信号丢失后的重试、端口忙时的排队机制减少人工干预提升整体可用性。总结无规矩不成方圆E84协议就像是交通道路上的交通规则它不是实物但是秩序需要靠它维护Fab的全自动高效运转与生产效率的提升离不开它的支持。半导体SEMI协议我们之前介绍软件相关的比较多例如GEM(E30)SECS-IIE5SECS-I(E4)HSMS(E37)等E84更多地与硬件相关E84里面还涉及很多细节和场景本文也只是介绍它的冰山一角大家可以看看官方文档深入学习。与现代网络的通讯协议一样深入了解会发现有很多细节的东西会惊叹设计的奥妙不仅是晶圆厂甚至是整个社会的正常运转都离不开背后的这些关键基石。往期半导体CIM系统介绍推荐阅读带你轻松了解什么是半导体CIM系统带你轻松了解半导体CIM系统之MES (一)带你轻松了解半导体CIM系统之EAP (一)带你轻松了解半导体CIM系统之MES (二)你轻松了解半导体CIM系统之EAP (二)带你轻松了解半导体CIM系统之AMHS (一)你轻松了解半导体CIM系统之EAP (三)带你轻松了解半导体CIM系统之APC (一)你轻松了解半导体CIM系统之EAP (四)带你轻松了解半导体CIM系统之RMS(一)带你轻松了解半导体CIM系统之APC(二)带你轻松了解半导体CIM系统之YMS (一)带你轻松了解半导体CIM系统之FDC (一)参考资料:- SEMI standard-关注一下后续有更多精彩内容~