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一切始於智慧系統:全自動化晶圓廠打造競爭優勢

By David Hanny & Shekar Krishnaswamy

如今市場競爭白熱化,產品生命週期更短,半導體越來越廣泛地被應用於新領域,加上世界各地對快速建立新晶圓廠的需求,在此背景下,全自動工廠系統正迅速成為全球新建晶圓廠的必然需求。它能使製造商顯著提高良率、產量、品質與靈活度,同時縮短生產周期,與僅實現部分自動化的晶圓製造廠相比,可以更有效率地運用生產資源並降低總體成本。

然而,目前業界所採用的自動化系統多是自有系統搭配來自不同供應商的特殊產品組合。這類系統面臨嚴峻挑戰,包括減少人為及其他失誤、加速產量提升,且必須達成最大生產靈活性,以成為完整且全面整合的平台。若系統之間未能整合,並採用多個針對單一問題的解決方案,則面臨著更高成本與更大風險的問題,且相容新興解決方案的能力也隨之變弱。

例如,以下是晶圓廠啟動階段電腦整合生產 (CIM) 的必要考量與所需的應用程式:

  • 確保工廠核心基礎設施能配合生產執行系統 (MES)與物料控制系統 (MCS) 運作。
  • 透過統計製程控制 (SPC) 與缺陷管理量測晶圓特性並驗證符合規格。
  • 將機台與設備整合應用程式連結,以便從機台收集數據及狀態;並啟動配方管理與調整,如此能使良率管理系統 (YMS) 更有效診斷離群情況。
  • 安裝設備維護管理系統 (MMS),並納入所有機台進行維護排程,以達到最高產量與良率;
  • 建立有效規劃的能力,將晶圓廠能力最大化以符合客戶訂單需求。

在產量提升階段,需要運用批次 (R2R) 先進製程控制APC) 減少製程變異,並提高與關鍵效能指標 (KPI) 的符合性。「有價值的問題」是:在給定的任意時間該處理什麼批次 ? 一個成熟有效的排程與調度系統能提供決策邏輯,使晶圓廠達成產能目標,並提高晶圓廠的運作控制能力,明顯降低變異性並實現工廠的「產線平衡」。

例如,某客戶採用應用材料的排程及調度解決方案,消除了隱性的生產限制、過度的機台佔用、頻繁的優先批次變更以及浪費在調度與規劃決策上的時間等,因而在產量提升階段使生產周期與工廠產能改善了 5-15%。

在大量生產時,解決方案必須支援自動化運作,以達到最高效能。Applied SmartFactory® FullAuto 功能儘可能減少在製品在系統間的轉移、不必要的運送以及各種空檔。此功能是運用故障檢測與分類 (FDC)、多變數數學最佳化、預測型解決方案及動態排程,以達成大量生產的最大效率。如此便可提升晶圓廠能力,可在適當時間使正確機台處理正確的批次,並對良率與產量 KPI 發揮正面影響。

最後,在生產進入以成本控制為主的成熟階段時,整合解決方案能輕鬆調整以因應不斷變化的商業策略及條件,並可減少建立與維護新系統往往需要的昂貴成本。

經證實的生產合作夥伴

應用材料是半導體業界自動化解決方案的領先供應商,擁有 500 名專家組成的團隊(僅在中國就有 150 名)與 30 年半導體晶圓廠自動化經驗。半導體與顯示器業界採用 SmartFactory 來增強晶圓廠製程控制與生產線控制,提高在製品 (WIP) 品質,並改善晶圓廠物流與供應鏈的互動。變異性的降低使離散式解決方案更為成功,並增強了可預測良率與產出結果的能力。

Applied SmartFactory 包含一系列豐富的成熟功能(見圖 1)。

圖 1. 應用材料的全面整合式 SmartFactory 自動化套裝系統涵蓋工廠產能、設備控制、產品品質與供應鏈管理等諸多方面。

結論

隨著半導體製造、封裝與測試複雜度不斷提升,而終端市場正在轉型。同時,全球各地新建晶圓廠有如雨後春筍,而市場正發生令人感興趣的演變,需要製造商迅速採用整合解決方案。

整合式自動化解決方案能最佳化利用數據以實現製造規劃、控制與運作的同步,從而幫助用戶實現各項目標,包括提高設備效能、良率、營收、獲利能力並最終擴大市場佔有率。

欲知詳情,請聯繫 david_hanny@amat.comshekar_krishnaswamy@amat.com