晶圆厂实务管理.ppt

1、1,半導體工廠實務管理,講師: 游振忠 經歷 東海大學化工系、交通大學工業工程與管理研究所 清華大學工業工程系半導體概論講師 自強基金會半導體工業工程實務研習班講師 旺宏電子晶圓一廠/二廠製造部部經理 旺宏電子晶圓三廠製造部兼作業服務部部經理 現任： 旺宏電子製造中心專案部經理 E-mail: .tw,2,Agenda,半導體產業介紹 製造流程簡介 半導體製造廠生產線管理 300mm(12吋) FAB 介紹 IE background人員扮演的角色 升學?就業?,3,半導體產業簡介,電子工業的主要元件半導體原自1950年代由德州儀器所發明之積體電路, 2000 WW營收達2000億美元 台灣半

2、導體製造業自1982年聯電量產以來至2000年產值已超越160億美元，為全世界第四大製造中心 台灣目前擁有晶圓製造廠的公司計有台積電、聯電、旺宏、華邦、茂德、茂矽、力晶、南亞科技、矽統、漢磊、立生等,4,In Billions of Dollars,-8.6%,-8.4%,-33%,-17%,Source: IDC, December 2001,半導體產品市場年銷售成長率,5,台灣半導體製造產業特性,Wafer capacity increases rapidly. Leading manufacturing effectiveness and efficiency. Fast technol

3、ogy implementation License and development Co-operate with equipment vendors. 3 types of IC manufactures : Foundry, DRAM, IDM( Integrated Device Manufacturing) .,6,Infrastructure of Taiwan IC Industry,Source:EROS/ITRI IT IS Project (Mar. 2001),Our focus,7,Non-volatile Memory,Mask ROM,EPROM,EEPROM,OT

4、P ROM,MTP ROM,Flash,NVRAM,MOS Memory,Volatile Memory,DRAM,SRAM,OTP : One Time ProgramMTP : Multiple Time Program(1k cycles) “FLASH” means that electrical erasure in the system is for either the whole memory array or for blocks of it.,記憶體產品類別說明,8,IC 製造之特性與指標,IC FAB 特性 高成本, 其中約 70-80% 為設備支出 製程流程複雜 精密度

5、高, 相對設備與製程穩定性控制不易 利潤來自高毛利率,ROI =Income/ Invested Capital =Income/Sales Revenue * Sales Revenue/Invested Capital,Sales Margin,CapitalTurnover,9,生產製造流程簡介,10,半導體生產流程示意圖,11,晶粒,封裝電路,前段製程,後段製程,半導體製造程序,晶圓,晶粒,封裝電路,測試電路,晶片製造,晶片針測,封裝,最終測試,12,清洗(cleaning) 清除製程中所產生殘留之微塵 。 氧化(Oxidation)、沈澱(Deposition)、金屬鍍膜(Metal

6、lization) 1.以氧化層作為隔離。 2.利用電漿增強式化學氣相沉積法(PECVD)的技術沈積氮化矽，用來 隔絕氧氣與矽的接觸，以區分出元件隔離區。 3.即是在晶圓表面添加金屬層沉積。 微影技術(Lithography) 將設計好的圖案從光罩或倍縮光罩上轉印到晶圓表面的光阻上時所用的技術，也是整個晶片生產流程中最複雜的作業，而且需要精密度相當高。 薄膜蝕刻(Etching) 蝕刻是一種移除晶圓表面的材料以達到IC設計需求的製程。,製程說明(1/2),13,離子植入(Ion Implantation) 利用離子束電流量及施加之電壓的控制來掌握摻雜的濃度與深度，設置(set up)時間從幾分

7、鐘到幾小時 。 去除光阻(Photoresist Strip) 蝕刻製程結束之後，光阻已完成其之任務故必須被剝除。 檢驗測量(Inspection and Measurement) 點檢及測量不良品。 測試(Testing) 藉由不同電腦控制器所產生之溫度予以測試，以判定IC能否正常運作。,製程說明(2/2),14,Bai and Gershwin (1990)4、Hughes and Short(1986)36,影響半導體製程的因素,複雜的生產流程(Complex Product Flows) 隨機的良率分佈 (Random Yields) 各種不同設備因素(Diverse Equipmen

8、t Characteristics) 設備故障時間(Equipment Downtime) 舊產品與新產品共用設備產生衝突 (Production and Development in Share Facilities) 資料管理與維護(Data Availability and Maintenance),15,Wafer 成品,16,顯微鏡下的IC 一角,17,CMOS Cross- Section Profile Structure,18,IC FAB 實況,19,生產線管理的目的,Performance indices of a manufacturing system Quality

9、Cost Delivery,QCD,20,Quality: Yield Cost: Utilization Rate Efficiency Wafer Out Delivery: Wafer Out CIP/CVP Turn Ratio(Days/Layer),半導體製造業生產線重要指標,21,人員管理 作業改善 生產控制,半導體製造管理的內容,22,Semiconductor Industry:,生產線管理- 作業人力之決定,Multi-Criteria: Workload(WL) Machine waiting time;wait for labor (WFL),23,0%,Product

10、ion,Down,GAP,No product = 10%,100%,60%,80%,No operator = 7%,Other = 3%,Why “No operator”? - Not enough operator - Assisting other tools,生產線管理- 作業人力之決定,24,管理: 技術 or 藝術?What is your management style? 生產線上所帶的直接人員: 性別:女性為主 年齡：18-38(?)歲 上班形態:四班二輪(07-19)，全年無休 管理的改變: 舊人類 新人類 新新人類 如何激發團隊能力 員工評價的標準 拼命工作or 有效

11、率與做動腦筋的工作(Do the thing right or do the right thing?) 團隊士氣,人員管理,25,現場的管理,現場管理的著眼點: Safety: Safety is No. 1 Quality:降低不良,提高品質,減少異常,減少變異. Cost:降低費用,減少工時,減少材料. Efficiency:生產力,產量,時效性,改善交期,改善自動化. Mis-operation:減少失誤,防呆. Control:標準化,達成標準,採取對策,管防止再發,作業稽核. Training:教育訓練,提昇能力. Environment:環境改善,人因工程工廠佈置. Morale

12、:人際關係,人員管理,提昇士氣. Development:溝通協調,交流,發表觀摩.,26,晶圓廠生產管理的特性,製程步驟多且複雜 - 如何預估與控制準確的交期? 製程具回流(Re-entry)特性 - 如何管理瓶頸機台的 loading? 機台昂貴製程精密度高,穩定性差: Efficiency 要求 Machine limitation Back up machine arrangement “Bonding” production request 產品組合複雜且流程不同 Wafer start/Order arrangement 如何管理瓶頸機台的 loading 如何 control 不

13、同 product 之 cycle time 製程技術世代交替迅速,27,生產管理,假如: 市場的預估是準確的,客戶不會任意的改變訂單 製程是穩定的 機器不會有預期的當機 員工不會任意的離職或缺席 員工具有最完整的訓練及完全依照規定運作 物料的供應永遠 Just in Time 所需的資料是隨手可得且完整正確無誤的 那麼: 生產線的管理將如“桌上捏柑”一樣容易(really?),28,但是. 市場的變化總是出乎意料 計劃常常在變動 不穩定的環境總是在發生 老闆永遠不滿足的要求: Cycle Time 太長 機台產能使用率太低 外在的變化的確是個問題但交期仍應 100% 準確 這就是生產線管理者

14、存在的價值,生產管理,29,生產管理-永不改變的戲碼,老闆一成不變的菜單-魚(Utilization)加熊掌(Cycle Time) Utilization:Cost 的化身 Cycle Time 的重要:快速的反應 因應短交期的訂單 因應交期的調整改變 降低 wafer inventory cost 品質異常影響的降低 市場應變力 客戶需求,C/T,Util,30,IC 製造管理變因控制,投料控制: 派工法則:,31,如果在工廠使用同一種投料控制方法的情形下，派工法則將只有10%以內的降低總流程時間績效，但若將派工法則結合投料控制，則其降低總流程時間的績效將可達到35%-40%。 Wein【

15、1988】,Littles Law : L= L= average inventory =arrival rate =cycle time,生產管理,32,由 Littles Law 所得到降低 cycle time 的方法 降低 inventory:投片控制,JIT,降低 lot size,派工系統 增加 capacity: 提昇 up time/efficiency/utilization,foundry 增加機台 減少 loading:良率提昇,降低 rework,生產管理,33,批量思維,節省單位成本,節省每單位的換線成本,節省每單位的庫存成本,增加批量,減少批量,有效的產出,增加瓶頸

16、機台的產出,降低 Cycle Time,增加批量,減少批量,34,TOC,TOC(Theory Of Constrain),Bottleneck,目的: 如何使工廠產出最大,做對工令且保持對低的在製品存貨 定義: CCR: Capacity Constraint Resource NCCR: Non Capacity Constraint Resource Drum: 生產節奏 Buffer: “Time Buffer” to protect CCR Rope: 下料節奏,35,TOC 的改善步驟,找出系統的瓶頸所在 充分利用系統瓶頸 非瓶頸系統應完全配合系統瓶頸 尋找打破瓶頸系統的方法 若瓶

17、頸已被鬆綁則回到步驟一找出下一個系統瓶頸,36,1.找出CCR的所在 2.Time Buffer 的決定 Keep CCR WIP & 不影響交期 3.決定DRUM 4.決定下料節奏(Rope),TOC 排程步驟,37,考慮短期瓶頸機台的運作模式,確認短期瓶頸機台 考量短期瓶頸機台調整投片 產品組合與瓶頸機台關係確認 瓶頸機台前 buffer WIP 計算 控制 wafer flow & buffer size,38,Question: 若於 capacity 未變的前提下增加 wafer start 10% , 你認為 cycle time 的變化應為何? A.縮短,其程度大於 10% B.

18、縮短,其程度少於 10% C.增加,其程度少於 10% D.增加,其程度介於 10%-20% 之間 E.增加,其程度大於20%,生產管理,39,Cycle Time vs. Utilization,Simulation Queuing Theory f(x)=x/(1-x) utilization=arrival_r/service_r Experiment,40,Production Control Structure,Supply Chain,CIM include: MES( Manufacturing Execution System) MCS( Material Control Sy

19、stem) AMHS( Automatic Material Handling System ) OHT( Overhead Hoist Transport) AGV( Automatic Guided Vehicle) .,41,Repository,MES DB,MES,Reporting DB,Schedule DB,Reporting,Scheduling/ Dispatching,Architecture :,製造整合系統架構圖,EQ data WIP data Route data,Order,Production Database,Simulation,Forecast Syst

20、em,FAB Capacity Model,Tool Capacity Model,Throughput,TCS,42,Real Time Dispatching Objective,Real time compute “What Is Next” Rule designed by user Achieve production target and delivery quality CIP/CVP Cycle time reduction Control cycle time deviation Maximum global machine utilization,43,IC 製造管理策略-

21、派工(Dispatching),派工法則介紹: FIFO：（Firsr In First Out）先到先出派工法。 Random：隨機選取派工法。 SPT：（Shortest Processing Time）最小加工時間派工法。 SRPT：（Shortest Remaining Processing Time）最小剩餘加工時間法。 EDD：（Early Due Date）最近交貨期派工法。 Slack：（Slack Time）。 SLKRO：（Slack Ratio）。 CRIRO：（Critical Ratio）。 .,44,模擬系統,Why we need simulation: 提供 f

22、orecast 能力 驗證各種策略的結果提供管理者作做為決策的參考,45,Production Simulation Introduction,Model,Lot 1,Lot1 Product 1 Route 1,Process Time,Event Series,NOW,46,Equipment Simulation,47,Synchronize manufacturing Management objectives Cycle time, Utilization, WIP. Material and capacity constrain Material and capacity plan

23、ing,Scheduling,48,earliest start tolerated start ideal start due day,capacity constrain material constrain,tolerated cycle time,ideal cycle time,Forward calculation,Backward calculation,Forward calculation,Scheduling,49,未來的挑戰-The Road Map,以 20000 pcs/month 為 base,50,Automatic Process Modeling,Process Optimization,Reduce Process Variability,Reduce Mis-operation,Improved Productivity,Base Capability,Manual Operation,Automated Data Collection,Automated Recipe Control,Automated Equipment Control,Automated Process Control,自動化趨勢圖,Source:半導體製程及設備技術手