1、MES系統(tǒng)在U公司的角色與作用

    半導(dǎo)體制造是典型的技術(shù)密集型的高科技制造行業(yè)，其產(chǎn)品種類(lèi)繁多、工藝流程復(fù)雜，且隨著現(xiàn)代集成電路的問(wèn)世與制程技術(shù)的不斷進(jìn)步，晶圓尺寸越來(lái)越大，而線寬越來(lái)越小，使得數(shù)以百萬(wàn)的電子元件能夠成功整合進(jìn)一片IC內(nèi)，同時(shí)也對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的精準(zhǔn)性提出了更高的要求與挑戰(zhàn)。

    U公司作為世界第二大晶圓代工企業(yè)每個(gè)制造廠設(shè)立之初就開(kāi)始實(shí)施了MES系統(tǒng)，其后再依據(jù)生產(chǎn)需要，遇到的問(wèn)題不斷的進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)升級(jí)。發(fā)展到現(xiàn)在，MES已成為U公司整個(gè)CIM(Computer Integrated Manufacturing)系統(tǒng)的核心(如圖1所示)，整個(gè)公司所有的生產(chǎn)活動(dòng)都圍繞著MES，是整個(gè)公司其他支持管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它相當(dāng)于一個(gè)信息集線器，一個(gè)通訊工具，為其它應(yīng)用系統(tǒng)提供控制層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)這套系統(tǒng)可以進(jìn)行精密的數(shù)據(jù)采集，用于生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)指揮、質(zhì)量的在線控制、設(shè)備的預(yù)防維修等等，借以達(dá)到高質(zhì)量的生產(chǎn)水平。

圖1 U公司CIM系統(tǒng)

    U公司的MES系統(tǒng)，以半導(dǎo)體企業(yè)的行業(yè)特色為背景，貫徹以財(cái)務(wù)為中心、成本控制為核心的理念，貫徹按客戶定單組織生產(chǎn)、全面質(zhì)量管理的理念，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的一貫質(zhì)量管理、一貫計(jì)劃管理、一貫材料管理以及整個(gè)合同生命周期的動(dòng)態(tài)跟蹤管理，以縮短成品出廠周期以及生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量和檔次。

2、半導(dǎo)體制造流程簡(jiǎn)介

    半導(dǎo)體制造過(guò)程是相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，主要分為六大類(lèi)：光學(xué)顯影(Lithograph)，蝕刻技術(shù)(Etch)，化學(xué)氣相沉積(CVD，Chemical Vapor Deposition)， 物理氣相沉積(PVD，Physical Vapor Deposition)， 離子植入(Ion Implant) 以及化學(xué)機(jī)械研磨技術(shù)(CMP，Chemical Mechanical Polishing)。對(duì)于一個(gè)半導(dǎo)體對(duì)于一個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)品而言， 需要重復(fù)幾次甚至是幾十次上述循環(huán)。不同的半導(dǎo)體器件產(chǎn)品由于實(shí)功能的不同，于是產(chǎn)品的6大制程順序與組合就會(huì)大相徑庭； 圖2所示的是某一高端65納米制程產(chǎn)品的生產(chǎn)制造流程。從圖2中可以看出這個(gè)高端產(chǎn)品制程多次使用了6大制程技術(shù)，并且生產(chǎn)流程中穿插使用6大生產(chǎn)制程。

圖2 某一高端65納米制程產(chǎn)品的生產(chǎn)制造流程

    圖2所示為生產(chǎn)的主要功能步驟，如此繁復(fù)的生產(chǎn)過(guò)程，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷產(chǎn)品，采取補(bǔ)救措施，U公司在各個(gè)主要生產(chǎn)功能步驟的中間都穿插著不同的量測(cè)站點(diǎn)，用以檢驗(yàn)生產(chǎn)功能步驟的準(zhǔn)確度。例如，在化學(xué)研磨前會(huì)先測(cè)量品圓的厚度(此為前值)，化學(xué)研磨后會(huì)再次測(cè)量晶團(tuán)的厚度(此為后值)，用前值減去后值便會(huì)得出此次研磨掉的厚度。當(dāng)檢測(cè)出的數(shù)值超出規(guī)格，U公司的統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱SPC系統(tǒng)：Statistical Process Control)控制圖中此點(diǎn)的波動(dòng)便會(huì)超出管控范圍。

    那么什么是Process Flow？

    Process Flow簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就足制造過(guò)程中各個(gè)生產(chǎn)及量測(cè)步驟的集合，即一片單晶硅片從投片開(kāi)始到最后具有邏輯功能的產(chǎn)成品晶圓所經(jīng)歷的制造步驟，它包含產(chǎn)品每個(gè)步驟應(yīng)執(zhí)行的機(jī)臺(tái)類(lèi)型，制程Recipe，量測(cè)何種數(shù)據(jù)及管控規(guī)格，所屬負(fù)責(zé)單位，某些步驟之間的時(shí)效限制等等所有產(chǎn)品在生產(chǎn)線信息。

    3、企業(yè)面對(duì)的困難與挑戰(zhàn)

    MES系統(tǒng)作為U公司整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)的核心基礎(chǔ)，要求執(zhí)行每一步的數(shù)據(jù)都要非常的精準(zhǔn)，不可以有一分一毫的偏頗差異。一旦MES執(zhí)行錯(cuò)誤的指令輕則導(dǎo)致產(chǎn)品重工(Rework)，重則導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，浪費(fèi)資源，增加成本，加長(zhǎng)生產(chǎn)周期，引起客戶不滿，甚至流失客戶。而MES所執(zhí)行的一切數(shù)據(jù)信息均來(lái)源于ProcessFlow，這便要求ProcessFlow在建立和修改的過(guò)程中必須極度的精準(zhǔn)。且由于半導(dǎo)體產(chǎn)品種類(lèi)型號(hào)繁多，一個(gè)半導(dǎo)體制造廠通常有上百甚至上千種型號(hào)的產(chǎn)品同時(shí)在線生產(chǎn)，企業(yè)也為了保持競(jìng)爭(zhēng)力不斷的研發(fā)新產(chǎn)品，這就說(shuō)明一個(gè)半導(dǎo)體制造廠同時(shí)存在上百上千條ProcessFlow需要不斷改進(jìn)維護(hù)，加上半導(dǎo)體產(chǎn)品生命周期短的特性，ProcessFlow的建立、修改以及舊Flow的歸檔都是不斷頻繁的發(fā)生。

    U公司Process Flow的維護(hù)主要由兩大部門(mén)管理。為了提升產(chǎn)品量率或降低生產(chǎn)成本，工程部的工程師通過(guò)不斷實(shí)驗(yàn)得出有效數(shù)據(jù)提出需求修改Process Flow。質(zhì)量保證部門(mén)負(fù)責(zé)審核實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并根據(jù)工程師的要求建立或修改Process Flow。目前U公司建立或修改流程為：工程師提出修改需求——〉QA/MES小組檢查是否符合規(guī)則并向申請(qǐng)者確認(rèn)任何有疑義的部分——〉相關(guān)部門(mén)對(duì)修改內(nèi)容部門(mén)進(jìn)行審核會(huì)簽，若涉及到客戶級(jí)別的修改還需客戶同意——〉OA/MES小組前期FlowChart設(shè)定并根據(jù)修改內(nèi)容分類(lèi)整理參數(shù)——〉申請(qǐng)者根據(jù)生產(chǎn)線上在制品當(dāng)前所處的步驟位置及需求判斷是將目前產(chǎn)品先停下等待新參數(shù)執(zhí)行，還是等待線上產(chǎn)品跑過(guò)某一步驟后才讓新參數(shù)執(zhí)行(處理生產(chǎn)線上在制品)——〉CtA/MES小組將新數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)，并從數(shù)據(jù)庫(kù)中下載最新的數(shù)據(jù)資料(依然為pending狀態(tài))與申請(qǐng)者的需求做對(duì)比確認(rèn)——〉申請(qǐng)者確認(rèn)結(jié)果——〉QA/MES組內(nèi)其他成員Double Check結(jié)果——〉A(chǔ)ctive Flow——〉QA/SPC組根據(jù)修改內(nèi)容設(shè)定SPC管控圖用以監(jiān)控生產(chǎn)線上產(chǎn)品的相關(guān)規(guī)格數(shù)據(jù)，一旦MES反饋回的數(shù)據(jù)不符合Flow設(shè)定的要求，SPC便會(huì)報(bào)警。

    目前，U公司ProcessFlow的建立或修改流程依然采用人工手動(dòng)輸入和上傳工具輔助的模式，這樣就存在的以下問(wèn)題：

    (1)周期長(zhǎng)。ProcessFlow涉及的部門(mén)廣泛，在確認(rèn)修改前要經(jīng)過(guò)相關(guān)部門(mén)的同意，因此當(dāng)工程師改好的ProcessFlow需要進(jìn)行跨部門(mén)的會(huì)簽，會(huì)簽流程耗時(shí)長(zhǎng)。另外由于人為疏失會(huì)造成不可估量的損失，工藝流程的數(shù)據(jù)輸入人員承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)責(zé)任大，造成員工壓力大，為避免或減少錯(cuò)誤發(fā)生需反復(fù)確認(rèn)數(shù)據(jù)的正確性，甚至有些步驟中強(qiáng)制要求請(qǐng)其他同事幫忙double check，效率低下，致使ProcessFlow建立或修改的周期長(zhǎng)，引起客戶不滿，影響公司的反應(yīng)能力。

    (2)協(xié)同效應(yīng)差。U公司有幾百個(gè)工程師會(huì)對(duì)ProcessFlow提出修改需求，每個(gè)人的理解方式都存在偏差，修改相同內(nèi)容卻有著千差萬(wàn)別的表述方式，對(duì)Flow修改人員產(chǎn)生困擾。提供錯(cuò)誤數(shù)據(jù)或輸入人員跟工程師對(duì)修改表述上理解不一致，溝通不佳等問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏差，因表述有歧義問(wèn)題造成退單、重改屢見(jiàn)不鮮，造成效率低下；延長(zhǎng)修改周期。

    (3)參數(shù)種類(lèi)繁多。現(xiàn)在U公司ProcessFlow的參數(shù)種類(lèi)繁多，需數(shù)據(jù)輸入人員人工分類(lèi)，并按分類(lèi)類(lèi)別整理成上載文件，不同分類(lèi)的參數(shù)由不同的數(shù)據(jù)上載工具上載，密密麻麻的數(shù)據(jù)在整理分類(lèi)過(guò)程中極易出錯(cuò)。

4、企業(yè)對(duì)困境的解決方案

    由于半導(dǎo)體企業(yè)業(yè)務(wù)本質(zhì)具有高風(fēng)險(xiǎn)：產(chǎn)品生命周期短、價(jià)格不斷的下滑、頻繁的設(shè)計(jì)變更和矩陣式的競(jìng)爭(zhēng)壓力，產(chǎn)品既復(fù)雜又精密，而對(duì)流程的要求變得越來(lái)越精確，與此相對(duì)應(yīng)的落后的ProcessFlow的建立修改方式，已經(jīng)阻礙了企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，因此U公司提出了以下針對(duì)性的解決方案：

    (1)短期策略：成立ProcessFlow提單小組。U公司于2010年12月開(kāi)始成立專(zhuān)門(mén)的ProcessFlow修改提單小組，并由質(zhì)量保證部門(mén)對(duì)其培訓(xùn)，講解Flow修改的規(guī)則，定義每種表述符號(hào)代表修改的內(nèi)容。因提單小組只有4人，較容易形成統(tǒng)一的修改表述，且將與工程師溝通部分轉(zhuǎn)移至提單小組，工程師只需將要改成的結(jié)果交付提單小組，提單小組便知道如何表述修改，大大縮短了ProcessFlow的修改周期，也降低了退單率。如圖3所示至2011年6月ProcessFlow修改周期已經(jīng)有了明顯改善，由原來(lái)的23.8天逐月下降到15.2天。

圖3 2011年上半年P(guān)rocess Flow修改統(tǒng)計(jì)報(bào)告

    (2)長(zhǎng)期策略：建立PRP(Process Plan)系統(tǒng)，使ProcessFlow數(shù)據(jù)輸入模塊化。A.在PRP系統(tǒng)中預(yù)設(shè)好修改類(lèi)型的短語(yǔ)，并附加解釋?zhuān)�提單者在提申�?qǐng)時(shí)只需選擇自己需要的類(lèi)型短語(yǔ)，解決表述差異無(wú)法協(xié)同作業(yè)的問(wèn)題。B.PRP系統(tǒng)根據(jù)修改類(lèi)型自動(dòng)分類(lèi)參數(shù)類(lèi)型。減少人為分類(lèi)整理的失誤。C.申請(qǐng)者修改到關(guān)聯(lián)步驟時(shí)彈出對(duì)話框提醒申請(qǐng)者做到關(guān)聯(lián)修改。

5、總結(jié)

    U公司在建立MES系統(tǒng)的初期為考慮到Process Flow的維護(hù)中存在的問(wèn)題，過(guò)于注重生產(chǎn)執(zhí)行層面，發(fā)展到現(xiàn)在整個(gè)MES系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展出很多邊緣系統(tǒng)，且各個(gè)系統(tǒng)之間存在著這樣那樣的關(guān)聯(lián)，使得PRP系統(tǒng)的建立具有很大的局限性，因此U公司PRP系統(tǒng)的設(shè)立雖然已經(jīng)提上日程，但依然任重而道遠(yuǎn)。

    希望這篇文章能給國(guó)內(nèi)仍在發(fā)展中的半導(dǎo)體制造企業(yè)一點(diǎn)啟示，及早解決數(shù)據(jù)輸入問(wèn)題。

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本文標(biāo)題：半導(dǎo)體制造業(yè)MES數(shù)據(jù)輸入模塊化的實(shí)例研究

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