1. AMHS 系统概述

在半导体与面板制造这类高精度、高复杂度的离散制造环境中，自动物料搬运系统（AMHS, Automated Material Handling System）是连接各工艺设备的“血管”与“神经网络”。AMHS 的核心使命是：在正确的时间，将正确的物料（晶圆盒/FOUP/光罩盒），以正确的状态，搬运至正确的工艺设备端口。它直接决定了工厂的产出效率（Throughput）、在制品库存（WIP）水平以及自动化率。

1.1 AMHS 在半导体/面板厂的核心作用

AMHS 并非简单的“传送带”，它是工厂自动化（Factory Automation）的物理执行层，其作用贯穿生产全流程：

• 提升设备利用率： 通过即时搬运，确保工艺设备（如光刻机、刻蚀机）始终有料可加工，减少因缺料导致的停机等待。
• 降低人为污染与错误： 在洁净室环境中，减少人员走动和手动搬运，可显著降低颗粒污染（Particle Contamination）和人为操作失误（如错放货架）。
• 实现生产节拍控制： 与 MES 联动，根据实时派工指令（Dispatch Rule）动态调度搬运任务，精确控制各工艺段间的物流节拍。
• 支持高混合/高产量生产： 在 300mm 晶圆厂或 G8.5+ 面板厂，AMHS 能够处理数千个在制品（WIP）的复杂路由（Routing），并适应频繁的产品切换。

1.2 主要子系统介绍

现代 AMHS 通常由三大核心子系统构成，它们协同工作，覆盖了从 Stocker 存储到设备端口搬运的全链路。下表对比了各子系统的核心特征：

1.2.1 OHT（空中悬挂式搬运系统）

OHT 是当前 300mm 晶圆厂和先进面板厂的主力搬运系统。它运行在洁净室天花板下方的专用轨道网络上，具有以下特点：

• 高速与高并发： 单台 OHT 小车速度可达 4-6 m/s，且支持多台小车在同一轨道网络上并行运行，通过分区控制（Zoning）避免碰撞。
• 直接对接（Direct Load）： 无需经过 Stocker 中转，OHT 可直接将 FOUP 从一台设备的 Load Port 搬运至另一台设备，极大缩短搬运时间。
• 高洁净度： 由于运行在设备上方，不占用地面空间，且减少了人员接触，非常适合 Class 1/10 洁净室。

1.2.2 Stocker（自动仓储系统）

Stocker 是 AMHS 的“中枢节点”，它不仅是存储设备，更是物料路由的决策点：

• 分层存储： 内部通常分为多个存储层（Bay），每层配备高速堆垛机（Crane）进行存取。
• 端口管理： 前端配备多个 Load Port（输入/输出端口），用于与 OHT 或 AGV 进行物料交接。
• 缓存策略： 支持先进先出（FIFO）、基于优先级（Priority）或基于批次（Lot）的缓存策略，配合 MES 实现智能暂存。

1.2.3 AGV（自动导引搬运车）

AGV 在半导体/面板厂中通常作为 OHT 的补充，用于地面搬运场景：

• 重载搬运： 可承载数百公斤至数吨的物料（如大型面板基板、光罩盒箱）。
• 柔性路径： 相比 OHT 的固定轨道，AGV 路径可通过软件调整，适应产线布局变更。
• 典型应用： 在面板厂中，AGV 常用于将大尺寸玻璃基板从仓库搬运至产线入口 Stocker；在晶圆厂中，用于搬运光罩盒或化学品。

1.3 AMHS 系统架构总览

下图展示了 AMHS 各子系统与 MES 之间的逻辑关系与数据流向。MES 作为大脑，通过 MCS（Material Control System）下发搬运任务，OHT/Stocker/AGV 作为执行单元协同完成搬运。

1.4 子系统协同工作流程示例

以一个典型的晶圆搬运任务为例，展示三大子系统的协同过程：

1. 任务触发： MES 检测到光刻机（设备 A）已完成加工，需要将 FOUP 搬运至刻蚀机（设备 B）。
2. 路径规划： MCS 接收任务，查询当前 OHT 小车状态和轨道负载，规划最优搬运路径。
3. OHT 执行： MCS 调度最近的空闲 OHT 小车，行驶至设备 A 的 Load Port，通过 Hoist 抓取 FOUP。
4. 中转/直送：
   • 直送模式： OHT 直接行驶至设备 B 的 Load Port，完成卸载。
   • 缓存模式： 若设备 B 繁忙，OHT 将 FOUP 存入最近的 Stocker 暂存，待设备 B 空闲时，再由 OHT 从 Stocker 取出并搬运至设备 B。
5. 状态反馈： 搬运完成后，OHT/Stocker 将完成状态上报 MCS，MCS 再同步至 MES，更新 WIP 位置信息。