半导体工厂实务管理PPT课件讲义教材

1半导体工厂实务管理2Agenda半导体产业介绍制造流程简介半导体制造厂生产线管理300mm(12吋)FAB介绍IEbackground人员扮演的角色升学?就业?3半导体产业简介电子工业的主要组件半导体原自1950年代由德州仪器所发明之集成电路,2000WW营收达2000亿美元台湾半导体制造业自1982年联电量产以来至2000年产值已超越160亿美元，为全世界第四大制造中心台湾目前拥有晶圆制造厂的公司计有台积电、联电、旺宏、华邦、茂德、茂硅、力晶、南亚科技、硅统、汉磊、立生等4InBillionsofDollars-8.6%-8.4%-33%-17%Source:IDC,December2001半导体产品市场年销售成长率5台湾半导体制造产业特性Wafercapacityincreasesrapidly.Leadingmanufacturingeffectivenessandefficiency.FasttechnologyimplementationLicenseanddevelopmentCo-operatewithequipmentvendors.3typesofICmanufactures:Foundry,DRAM,IDM(IntegratedDeviceManufacturing).6InfrastructureofTaiwanICIndustryDesignHouse140Substrate15PhotoMask4Testing37LeadFrame13Packaging48ICFab16BlankWafer8Chemical20Source:EROS/ITRIITISProject(Mar.2001)Ourfocus7Non-volatileMemoryMaskROMEPROMEEPROMOTPROMMTPROMFlashNVRAMMOSMemoryVolatileMemoryDRAMSRAMOTP:OneTimeProgram

MTP:MultipleTimeProgram(~1kcycles)

“FLASH”meansthatelectricalerasureinthesystemisforeitherthe

wholememoryarrayorforblocksofit.内存产品类别说明8IC制造之特性与指针ICFAB特性高成本,其中约70-80%为设备支出制程流程复杂精密度高,相对设备与制程稳定性控制不易利润来自高毛利率ROI=Income/InvestedCapital=Income/SalesRevenue*SalesRevenue/InvestedCapitalSalesMarginCapital

Turnover9

生产制造流程简介10半导体生产流程示意图11晶粒封装电路前段制程后段制程半导体制造程序晶圆晶粒封装电路测试电路芯片制造芯片针测封装最终测试12清洗(cleaning)

清除制程中所产生残留之微尘。氧化(Oxidation)、沈淀(Deposition)、金属镀膜(Metallization)1.以氧化层作为隔离。

2.利用电浆增强式化学气相沉积法(PECVD)的技术沈积氮化硅，用来

隔绝氧气与硅的接触，以区分出组件隔离区。

3.即是在晶圆表面添加金属层沉积。微影技术(Lithography)

将设计好的图案从光罩或倍缩光罩上转印到晶圆表面的光阻上时所用的技术，也是整个芯片生产流程中最复杂的作业，而且需要精密度相当高。薄膜蚀刻(Etching)

蚀刻是一种移除晶圆表面的材料以达到IC设计需求的制程。制程说明(1/2)13离子植入(IonImplantation)

利用离子束电流量及施加之电压的控制来掌握掺杂的浓度与深度，设置(setup)时间从几分钟到几小时。去除光阻(PhotoresistStrip)

蚀刻制程结束之后，光阻已完成其之任务故必须被剥除。检验测量(InspectionandMeasurement)

点检及测量不良品。测试(Testing)

藉由不同计算机控制器所产生之温度予以测试，以判定IC能否正常运作。制程说明(2/2)14BaiandGershwin(1990)[4]、HughesandShort(1986)[36]影响半导体制程的因素复杂的生产流程(ComplexProductFlows)随机的良率分布(RandomYields)各种不同设备因素(DiverseEquipmentCharacteristics)设备故障时间(EquipmentDowntime)旧产品与新产品共享设备产生冲突(ProductionandDevelopmentinShareFacilities)数据管理与维护(DataAvailabilityandMaintenance)15Wafer成品16显微镜下的IC一角17CMOSCross-SectionProfileStructure18ICFAB实况19生产线管理的目的PerformanceindicesofamanufacturingsystemQualityCostDeliveryQCD20Quality:YieldCost:UtilizationRateEfficiencyWaferOutDelivery:WaferOutCIP/CVPTurnRatio(Days/Layer)半导体制造业生产线重要指标21人员管理作业改善生产控制半导体制造管理的内容22SemiconductorIndustry:生产线管理-作业人力之决定COSTLabor

MachinesProductionProcessMulti-Criteria:Workload(WL)Machinewaitingtime;waitforlabor(WFL)ThroughputHeadcountCapacityLossOverstaffedOptimumOverstaffedCapacityLossMax.Throughput230%ProductionDownGAPNoproduct=10%100%60%80%Nooperator=7%Other=3%Why“Nooperator”?-Notenoughoperator-Assistingothertools生产线管理-作业人力之决定24管理:技术or艺术?Whatisyourmanagementstyle?生产在线所带的直接人员:性别:女性为主年龄：18-38(?)岁上班形态:四班二轮(07-19)，全年无休管理的改变:旧人类新人类新新人类如何激发团队能力员工评价的标准拼命工作or有效率与做动脑筋的工作(Dothethingrightordotherightthing?)团队士气人员管理25现场的管理现场管理的着眼点:Safety:SafetyisNo.1Quality:降低不良,提高质量,减少异常,减少变异..Cost:降低费用,减少工时,减少材料..Efficiency:生产力,产量,时效性,改善交期,改善自动化..Mis-operation:减少失误,防呆..Control:标准化,达成标准,采取对策,管防止再发,作业稽核..Training:教育训练,提升能力..Environment:环境改善,人因工程工厂布置..Morale:人际关系,人员管理,提升士气..Development:沟通协调,交流,发表观摩..26晶圆厂生产管理的特性制程步骤多且复杂

--如何预估与控制准确的交期?制程具回流(Re-entry)特性--如何管理瓶颈机台的

loading?机台昂贵制程精密度高,稳定性差:Efficiency要求MachinelimitationBackupmachinearrangement“Bonding”productionrequest产品组合复杂且流程不同Waferstart/Orderarrangement如何管理瓶颈机台的loading如何control不同product之cycletime制程技术世代交替迅速

27生产管理假如:市场的预估是准确的,客户不会任意的改变订单制程是稳定的机器不会有预期的当机员工不会任意的离职或缺席员工具有最完整的训练及完全依照规定运作物料的供应永远JustinTime所需的数据是随手可得且完整正确无误的那么:生产线的管理将如“桌上捏柑”一样容易(really?)28但是…...市场的变化总是出乎意料计划常常在变动不稳定的环境总是在发生老板永远不满足的要求:CycleTime太长机台产能使用率太低外在的变化的确是个问题但交期仍应100%准确这就是生产线管理者存在的价值生产管理29生产管理-永不改变的戏码老板一成不变的菜单-鱼(Utilization)加熊掌(CycleTime)Utilization:Cost的化身CycleTime的重要:快速的反应因应短交期的订单因应交期的调整改变降低waferinventorycost质量异常影响的降低市场应变力客户需求C/TUtil30IC制造管理变因控制投料控制:派工法则:31

如果在工厂使用同一种投料控制方法的情形下，派工法则将只有10%以内的降低总流程时间绩效，但若将派工法则结合投料控制，则其降低总流程时间的绩效将可达到35%-40%。Wein【1988】Little’sLaw:L=L=averageinventory=arrivalrate=cycletime生产管理32由Little’sLaw所得到降低cycletime的方法降低inventory:投片控制,JIT,降低lotsize,派工系统增加capacity:提升uptime/efficiency/utilization,foundry增加机台减少loading:良率提升,降低rework,生产管理33批量思维

节省单位成本节省每单位的换线成本节省每单位的库存成本增加批量减少批量有效的产出增加瓶颈机台的产出降低CycleTime增加批量减少批量34TOC

TOC(TheoryOfConstrain)Bottleneck目的:如何使工厂产出最大,做对工令且保持对低的在制品存货定义:

CCR:CapacityConstraintResource NCCR:NonCapacityConstraintResource Drum:生产节奏

Buffer:“TimeBuffer”toprotectCCR

Rope:下料节奏35TOC的改善步骤找出系统的瓶颈所在充分利用系统瓶颈非瓶颈系统应完全配合系统瓶颈寻找打破瓶颈系统的方法若瓶颈已被松绑则回到步骤一找出下一个系统瓶颈361.找出CCR的所在2.TimeBuffer的决定KeepCCRWIP&不影响交期3.决定DRUM4.决定下料节奏(Rope)TOC排程步骤37考虑短期瓶颈机台的运作模式

确认短期瓶颈机台考虑短期瓶颈机台调整投片产品组合与瓶颈机台关系确认瓶颈机台前bufferWIP计算控制waferflow&buffersize38Question:若于capacity未变的前提下增加waferstart10%,你认为cycletime的变化应为何?A.缩短,其程度大于10%B.缩短,其程度少于10%C.增加,其程度少于10%D.增加,其程度介于10%-20%之间E.增加,其程度大于20%生产管理39CycleTimevs.UtilizationSimulationQueuingTheoryf(x)=x/(1-x)utilization=arrival_r/service_rExperiment40ProductionControlStructureFABoperationCIMFabProductionPlanIntegrationSCPCentralProductionPlanDemandPlanningDemandFulfillmentSupplyChainCIMinclude:MES(ManufacturingExecutionSystem)MCS(MaterialControlSystem)AMHS(AutomaticMaterialHandlingSystem)OHT(OverheadHoistTransport)AGV(AutomaticGuidedVehicle)….41RepositoryMESDBMESReportingDBScheduleDBReportingScheduling/DispatchingArchitecture:制造整合系统架构图EQdataWIPdataRoutedataOrderProductionDatabaseSimulationForecastSystemFABCapacityModelToolCapacityModelThroughputTCS42RealTimeDispatchingObjectiveRealtimecompute“WhatIsNext”RuledesignedbyuserAchieveproductiontargetanddeliveryqualityCIP/CVPCycletimereductionControlcycletimedeviationMaximumglobalmachineutilization

43IC制造管理策略-派工(Dispatching)派工法则介绍:FIFO：（FirsrInFirstOut）先到先出派工法。Random：随机选取派工法。SPT：（ShortestProcessingTime）最小加工时间派工法。SRPT：（ShortestRemainingProcessingTime）最小剩余加工时间法。EDD：（EarlyDueDate）最近交货期派工法。Slack：（SlackTime）。SLKRO：（SlackRatio）。CRIRO：（CriticalRatio）。...44仿真系统Whyweneedsimulation:提供forecast能力验证各种策略的结果提供管理者作做为决策的参考45

ProductionSimulationIntroduction

Route1Op1Op2Op3OpN…..Tool1Tool2ModelTool3Tool4TimeLot1Tool1Tool2Tool3Tool4Lot1Product1Route1ProcessTime9:008:00EventSeriesidlerunningdownwaiting7:30NOW46EquipmentSimulation47SynchronizemanufacturingManagementobjectivesCycletime,Utilization,WIP..MaterialandcapacityconstrainMaterialandcapacityplaningScheduling48earlieststarttoleratedstartidealstartduedaycapacityconstrainmaterialconstraintoleratedcycletimeidealcycletimeForwardcalculationBackwardcalculationForwardcalculationScheduling49未来的挑战-TheRoadMap以20000pcs/month为base50AutomaticProcessModelingProcessOptimizationReduceProcessVariabilityReduceMis-operationImprovedProductivityBaseCapabilityManualOperationAutomatedDataCollectionAutomatedRecipeControlAutomatedEquipmentControlAutomatedProcessControl自动化趋势图Source:半导体制程及设备技术手册51300mm(12”)Virtu