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06-17
《半导体芯科技-SiSC》2月/3月期刊作者：CRITICAL MANUFACTURING公司正如当前全球微电子产品供应短缺的情况向世人表明的那样，半导体制造并不是一件简单的事情。
IC 工厂的创建不是为了快速运行，而是为了以低成本生产高质量的产品。
先进制造执行系统 ??(MES) 可以通过哪些方式帮助工厂最大限度地提高产量并延长其有效使用寿命？凯睿德制造的专家对此进行了概述。
半导体制造无疑是世界上最复杂、最易受影响的制造工艺之一。
在硅晶圆上制造线宽小至 5 纳米（或更小）和数十亿个晶体管意味着即使是最小的振动或位错也会在制造过程中引起问题。
除了制造所需的复杂流程外，该行业还面临着进一步的挑战，包括产品生命周期非常短（涉及数百万台设备）或需要在数十年的时间内生产产品。
生产小批量的利基产品。
当今世界，只有少数半导体公司有能力投资配备最新设备和技术的新大批量晶圆厂。
需要购买极其昂贵的设备，例如每台成本超过 1.25 亿美元的极紫外 (EUV) 扫描仪，并建造昂贵的洁净室，这确实使 IC 制造成为最具挑战性的企业环境。
一。
过去20年来，增加晶圆尺寸和提高前端芯片加工性能一直是业界关注的焦点，制造商依靠更昂贵的毫米晶圆技术来满足客户对高质量、大批量产品的需求。
然而，随着芯片制造规模的扩大以及使用芯片的产品数量和种类的增加，人们逐渐意识到并不是所有的芯片生产都需要采用最新的技术并生产数百万片。
当今生产的 IC（甚至是用于先进产品的 IC）的很大一部分仍然可以在较小的毫米和毫米晶圆厂中高效且有利地生产，这些晶圆厂近年来经历了令人惊讶的复兴。
许多小型晶圆厂都是在 20 世纪 90 年代（甚至 80 年代）开始建设的；许多设备的历史可以追溯到上个世纪，但仍然遵循工业制造标准。
通过频繁的升级、随时可用的更换零件、添加更复杂的机器人和传感器以及全面的维护计划，该设备的使用寿命可能会令人惊讶。
智能制造逐渐在半导体行业站稳脚跟，工业4.0技术正在为老化的工艺设备注入新的活力，使其运营更具成本效益。
通过采用新的制造执行系统（MES），可以延长旧的半导体生产设备的寿命并增加先进的功能，为半导体行业的未来发展提供路径。
面向未来的 MES 为制造商提供了应对许多挑战的解决方案。
它通过提高效率来提高生产能力和总体吞吐量，而无需扩大昂贵的洁净室空间。
它可以提高生产一致性，减少代价高昂的加工错误，加快新产品上市速度，并为创建最新、最先进的生产流程提供解决方案。
这些优势中的部分或全部不仅对制造商的盈利能力至关重要，而且实际上可能对公司的生存至关重要。
为什么要使用MES？如何选择？面对成本因素和不断变化的半导体制造格局，需要一种面向未来的 MES 解决方案。
数据比以往任何时候都更加重要，它为制造商提供了更好的方法来监控和控制流程，并提供更深入的见解来帮助解决生产挑战和支持决策。
随着数据量继续以惊人的速度增长，首先，面向未来的 MES 需要整合一个完全可扩展的工业物联网 (IIoT) 数据平台，用于摄取、处理和分析大量数据点（如果上下文已完成）正确地说，优化和分析可以提高学习速度，帮助推动生产力提高并提供持续的流程改进。
虽然新建的晶圆厂和购买的设备可以实现高度自动化，但为此承担的成本非常高。
对于较旧的晶圆厂，新的 MES 解决方案提供了一种延长设备和工具使用寿命的方法，而无需花费数十亿美元建造和装备新晶圆厂。
情况。
但成功需要高度通用的系统，能够将新的物联网设备与旧的遗留设备集成，以提供工厂运营的完整可见性。
通过提供更好的控制和更严格的加工精度，正确的MES解决方案可以提高产能、效率和总体产量，从而为制造商提供显着的优势，尤其是在当前芯片供应短缺的市场情况下。
△图1：用于支持先进半导体制造的良好MES的标志之一是简单的界面；理想情况下，界面应该： 直观；支持多个生产站点；提供多语言选项和轻松导航。
较旧的工厂通常拥有较旧的 MES 和操作员多年来使用的各种不同的系统。
在给定环境中长期运行可能会建立信心，但事实是，由于多年的技术升级和附加应用程序的添加，此类旧系统的维护会消耗大量专用资源。
由于有如此多的资源专注于保持“过时但熟悉”的系统正常运行，人们很容易忘记当今可用的先进 MES 可以显着提高公司的生产。
能力和盈利能力。
在企业合并或被收购的情况下尤其如此；不同地点的晶圆厂通常有不同的 MES 解决方案。
这给工厂的开销增加了额外的维护层，并抑制了跨多个站点全面优化生产的能力。
△图2：在记录信息流和自动化任务（例如批准流程步骤更改）时，层次结构和流程流的简单图形描述（图表）有助于快速了解手头的任务。
对于老旧晶圆厂，我们对新 MES 有何期待？一家大型制造商发现，将不同的系统和流程引入与 ERP 集成的整体 MES 解决方案中可以产生巨大的效益。
首先，它迫使他们组织信息并执行协议，这反过来又会导致更好的理解和持续改进，以满足日益严格的要求。
与用于指导车间流程的旧 MES 技术相比，新 MES 提供了急需的粒度增加，以推动效率提高。
采用新MES后，一次性合格率提高，生产周期缩短；此外，还有增加有益信息流、改进流程可视化、减少错误等优点。
总体而言，对利润的影响是显着的。
但也许对未来更重要的是：今天对完全可扩展的 MES 的投资使该客户能够通过遗留设备整合和更严格的参数控制来降低成本并扩展生产能力，同时为未来的扩展提供更多方法。
从本质上讲，客户当前的生产环境的生产力显着提高，同时也获得了更轻松的未来增长途径。
适用于先进生产场景的 MES 主数据管理 晶圆厂中的每种产品可能需要跟踪数千条有关工艺流程、配方、参数、掩模、规格、采样等的信息。
新的MES必须能够轻松维护和控制这些海量数据，并提供最终产品的完整物料历史记录，以及全面的变更管理和版本控制。
它必须能够灵活地处理对每一层进行更改的公共子流程，并提供在定义适当上下文的同时重用完整流程块的机制。
△图3：典型的控制布局，访问点清晰； MES 工具的开发应始终根据当前和新用户的持续反馈。
加工前自动验证特定半导体产品的生产可能要经过数百甚至数千道工序。
整个过程中，一切都要进行跟踪和检查，确保不发生错误的处理情况。
加工前的自动验证通过验证是否使用正确的工具加工正确的产品、使用正确的工艺配方和正确的耐用材料，以及操作员是否接受了正确的培训和授权，降低了错误风险。
多室工具集群具有多个室，可以并行（或顺序）运行流程，从而提供高效率。
工具供应商通常提供不同的操作模式，以最大限度地提高效率、腔室特异性或某些工程案例。
然而，这些工具需要 MES 中的正确建模和特殊控制逻辑才能充分利用复杂的功能。
例如，如果任何室不工作，那么 MES 需要确定机器是否仍然可以用于任何给定的产品。
此外，它需要反映在关键绩效指标（KPI）计算中，例如可用性、利用率和整体设备效率（OEE）。
实验管理 由于许多半导体产品的生命周期很短，工程和开发有时可以占晶圆生产过程的 50% 以上。
这需要对小批量产品进行有效管理，并具有调整过程变量和快速比较结果的能力。
实验设计 (DoE) 模块可以支持实验晶圆组的处理，并考虑到涉及的许多工艺变量。
将 DoE 模块集成到 MES 中可以轻松创建测试运行并将其与所有其他生产批次一起执行。
MES 固有的跟踪和可追溯性将进一步确保收集所有必要的数据，以实现有效的结果评估。
工艺配方管理前端半导体加工涉及高度复杂的工艺配方；确保针对特定产品使用适当的工艺配方至关重要。
MES 具有集成的工艺配方管理系统，使用户能够集中管理工艺配方及其参数。
此外，通过设备集成，可以更有效地管理 MES 和设备之间的工艺配方的按需上传和下载。
自动化工艺配方管理可以消除人为错误并减少强制返工或晶圆报废。
△图4：将工艺配方的各个方面与正在开发的工艺配方进行比较的能力是任何优秀的MES都应该为其客户提供的关键优势。
批次间（运行间）前馈和反馈过程控制对于提高产量和质量至关重要。
MES 能够分析先前批次的数据，以确定是否需要调整工艺配方参数以始终保持严格的公差。
例如，如果某个蚀刻工艺的结果开始漂移，这可能意味着晶片必须在化学浴中停留更长时间，或者需要增加电流才能达到所需的工艺结果。
对于复杂的批量计算，MES 应能够与某种专用应用程序（例如 Matlab）交互。
掩模管理 除了跟踪晶圆外，MES 还需要跟踪掩模和探针卡，以确保使用正确的耐用材料，同时能够高效、准确地定位车间中数千种耐用材料中的任何一种。
它必须强制在适当的处理步骤中使用正确的掩模，并跟踪使用情况以进行维护。
它必须将有关批次历史记录中的掩模的数据纳入其中，并能够根据生产计划将可用甚至专用的掩模分配给不同的工艺作业。
△图5：MES系统内的工艺配方管理必须对应于生产经理设定的主要参考点，以及公司希望拥有访问和管理权限的任何其他参考点。
提前运送晶圆：拆分和合并 有时需要将晶圆从晶圆盒中分离出来并提前运送以测试工艺。
必须跟踪这种分割（其中单个晶圆被单独处理），但系统随后需要能够将晶圆合并回其最初所属的批次中。
在某些情况下，这不需要晶圆的物理分离。
相反，整个晶圆盒通过向前发送路径移动，MES 负责控制工具需要处理的凹槽，同时遮盖其余晶圆。
MES 必须支持发货前运行的创建，并为该晶圆批次中的剩余晶圆提供适当的场景支持，直到确认该工艺步骤成功为止。
分类 尽管用于构建微处理器的晶圆都是使用相同的方法制造的，但某些芯片在处理结束时的性能可能会有所不同。
最高效的芯片可以卖到更高的价格。
因此，建议对芯片进行分级，这需要识别产品性能的高低。
无论是独立应用程序还是 MES 的一部分，分拣都是一项关键的生产能力。
容器跟踪 无论是盒式磁带、盒子还是前开式晶圆传输单元 (FOUP)，都需要跟踪有关容器及其内容物的信息。
MES 必须确保容器得到正确维护，并且流程之间不存在交叉污染的风险。
它必须支持不同污染水平之间兼容性矩阵的定义，并在使用时自动增加车辆的污染程度。
空集装箱的管理对于确保其在开始制造、拆分或转移等物流步骤中及时可用非常重要。
△图6：监控流程步骤和分装模块应该是直接的，并且具有明确的访问通用性，无论是用在生产车间还是管理中心。
时间限制 许多前端制造流程都对时间要求严格。
此外，通常需要监控某些工艺步骤之间的时间，以便没有工艺步骤显着偏离其既定的公差范围。
MES 必须支持任何流程步骤之间流程队列时间限制的定义，并确保遵守所有时间限制。
如果不遵守，则需要发出警告，并且如果违反时间参数，则应启动错误规则。
影响。
特定工具繁忙的半导体生产工厂通常需要根据处理某些产品类型的性能来确定特定批次的优先级或分配机器。
新的 MES 必须支持一种通用机制，以预先确定必须使用哪些设备（腔室、耐用材料等）来在特定工艺步骤中处理一批产品。
总结 前端半导体工艺的复杂性和可变性要求使用功能丰富且高度灵活的 MES。
解决方案应适应所有生产场景，并为设备和传感器不断增加的数据量提供现成的可扩展性。
面对当今半导体市场的高需求，新的MES可以帮助老旧晶圆厂保持盈利能力，同时延长其工具和运营的生命周期。
它可以提高小型晶圆厂的产能，提高良率，减少加工误差并提高生产速度。
它提供了一种有效管理可用数据并从这些数据中获取价值的方法，并提供了添加新传感器、设备和应用模块以供将来处理的灵活性。
高级 MES 专为实现可配置性、灵活性和简单部署而构建。
一旦正确部署，MES 可以减少管理生产系统的开销，同时延长旧晶圆厂的使用寿命。
近期会议将于5月24日举行，由ACT雅士国际商报主办。
《半导体芯科技》CHIP中国晶体芯片研讨会将在苏州金鸡湖国际会议中心隆重举行！届时，行业专家将齐聚苏州，与您共同探讨半导体制造业，如何推动先进制造与封装技术协调发展。
会议预约报名现已启动，报名链接：《半导体中国》（SiSC）是中国半导体行业专业媒体，获得全球知名杂志《Silicon Semiconductor》独家授权；本刊根据中国半导体市场特点，精选翻译相关优秀文章，收录编辑征集、国内外半导体行业新闻、深度分析与权威评论、产品亮点等内容。
简体中文版，由ACT International出版，双月刊，每年6期。
每期包含12本纸质书和15本电子书，内容涵盖半导体制造工艺技术、封装、设备、材料、测试、MEMS、IC设计、制造等。
每年举办线上/线下CHIP China半导体研讨会，构建有效的CHIP中国半导体研讨会。
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