CIM先進工廠管理的中樞神經(jīng).docx

CIM:先進工廠管理的中樞神經(jīng)CIM:先進工廠管理的中樞神經(jīng) $ M- v d0 S. M6 ?; h0 W/ Q作者：馮莉（） # 7 N# u* / V* E5 S+ e7 p+ z8 J: , lf, p) H r: Z5 B% K7 p* A D9 u/ d5 t“CIM Solution的價值在哪里？在日語中，自動化的動是有人字旁的，也就是說自動化程度越高，相配備的人也越多。如果使用CIM僅僅關(guān)注于價格的下降，那么人力成本將不降反升。CIM給工廠帶來的本質(zhì)改變應(yīng)該是品質(zhì)的提升， 良率的改善及產(chǎn)能的增加。”臺積電中國區(qū)副總王元禹在SEMICON China 2008的“工廠自動化的先進技術(shù)及挑戰(zhàn)研討會”上說。3 |/ Q( / l) 4 h( Y6 A9 e& Ay& y/ x; t; wCIM是計算機集成制造(Computer Integrated Manu-facturing)的簡稱。多年來，CIM的概念不斷豐富與發(fā)展。生產(chǎn)自動化對半導(dǎo)體制造企業(yè)的業(yè)務(wù)增長和盈利來說非常重要。$ R. E& v3 u, E. m1 V f2 z0 py) E i# M3 i每個工廠都很注重產(chǎn)量的提升。有這樣一個例子：一個芯片廠僅僅通過機器擺放位置重組就把產(chǎn)量提升了10。聽來和CIM無關(guān)的小例子恰恰證明了CIM的重要性，因為只有背后大量數(shù)據(jù)支持，才能做出重新擺放設(shè)備的決定，Qimonda高級經(jīng)理劉用文說。+ W h% H$ s. z: h/ X1 A F6 # T2 K目前fab的資料呈爆炸性增長，不斷提升的產(chǎn)能使在線生產(chǎn)的批次數(shù)量大增，產(chǎn)品的種類越來越多，自動化系統(tǒng)從設(shè)備獲取的數(shù)據(jù)不斷增多。如此大量的數(shù)據(jù)如何處理和管理？如何保障產(chǎn)品的可追溯性（Traceability），即一旦終端產(chǎn)品出現(xiàn)問題，有沒有辦法trace back，從而了解過去的生產(chǎn)過程中用過什么設(shè)備和材料？為此MES必須投入很大精力來保留lot、設(shè)備和材料之間的關(guān)系，Applied Materials高級商務(wù)拓展咨詢師謝自強說。5 Q: d( n- f2 Q, _* G/ v1 N- O- c/ M6 V- U2 : R1 D/ m. q: I% b: ) b( K9 h4 I, k1 6 I* m, 中國的CIM生存環(huán)境& E) a% C4 h$ Z. 6 f半導(dǎo)體制造在中國的興盛也只是在近幾年。通常工廠在建廠初期的關(guān)注點都是快速導(dǎo)入和ramp up，所以MES做得都相對比較簡單，主要用來做Lot Tracking(過賬)，而半數(shù)廠商可能還沒有做到設(shè)備集成，因為中國的勞動力成本與軟件成本相比還是比較低的，所以這些廠商會選擇自己建立解決方案。# A, T% x1 I8 p D& U?# n9 B2 t6 ge$ q4 K6 P5 mTSMC的CIM從1987到1995年，也花了大致8年時間才成型。最初TSMC也只是做WIP Tracking，但把計劃和產(chǎn)品做順以后，就會買更多軟件，進行更多咨詢，做更多自動化，從而一步步的向世界一流企業(yè)看齊。實施CIM以后，公司內(nèi)部的人員需要時間去吸收消化，把這些解決方案變成自己的東西。王元禹說TSMC有10家fab廠，500人的IT部門大約有300人做CIM，TSMC前后用過3套MES系統(tǒng)，內(nèi)部專家對系統(tǒng)的掌握理解可謂與供應(yīng)商不相伯仲，但fab畢竟不需要自己開發(fā)軟件，而是需要好的技術(shù)和可靠的平臺，因此健全的solution base是必須的。但是在此基礎(chǔ)之上，公司必然有很多內(nèi)部know how的人加入，而這些才是內(nèi)部專家價值的體現(xiàn)。2 m7 B( K4 V. E/ $ |( b1 x) 0 C) U2 O3 i, VIBM的管理咨詢師趙洪星認為，有些企業(yè)目前還不能認可經(jīng)驗帶來的價值，而且每個企業(yè)都會衡量投入和產(chǎn)出的回報是否相符。選擇怎樣的CIM不是單純的IT決定，而是商業(yè)決策，要快速提高產(chǎn)能、良率，就需要成熟的CIM。盡管一些企業(yè)的管理層對CIM的認知不足，但管理層也未必需要知道CIM本身能做什么，供應(yīng)商可以通過溝通了解企業(yè)的需求來幫助其解決問題，F(xiàn)A的CEO呂凌志說。CAMSTAR的高級銷售總監(jiān)Mike Henry指出，MES供應(yīng)商自然用原有模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建適應(yīng)用戶的平臺。除了保持與用戶的供應(yīng)鏈架構(gòu)、配置、擴產(chǎn)計劃以及數(shù)據(jù)模型的一致性以外，還要有快速的實施手段在各地的廠區(qū)作業(yè)及實施測試。! u# r: _ z2 ( m) F8 ?( f) ?8 b6 F: w$ & s+ 中國的fab分布在不同地方，有些總部還在國外，在諸多廠同時運作的情況下，如何做到良好的數(shù)據(jù)管理是一大問題。如果總廠統(tǒng)籌接單，然后由各個分廠分散處理，那么這些資料該如何整合？如果用到BKM（Best Known Method），這些方法如何部署到分廠，又如何統(tǒng)一這些方法和流程？這些都是現(xiàn)實問題。即使同一地點的同一家fab，也會面臨不同系統(tǒng)的整合，更何況不同的地點、不同的公司乃至上下游之間資料的互相整合。當整合難度不斷提高，如何去管理數(shù)據(jù)是很有挑戰(zhàn)的。8 l7 wb; p2 K* T! G7 d$ J4 2 G4 E% Vr6 Q/ D6 U對于多個工廠和地點，IBM通常做集中化的數(shù)據(jù)倉庫（data warehouse）提高生產(chǎn)率，趙洪星說IBM會對每個工廠采集來的數(shù)據(jù)進行分類和處理，把相關(guān)性較好的信息聯(lián)系在一起，提供給其對應(yīng)的內(nèi)部用戶、外部用戶或供應(yīng)商。這樣對用戶來說比較容易獲得需要的數(shù)據(jù)且相對比較可靠，開發(fā)和維護的成本也能降到最低。謝自強說，只要涉及到數(shù)據(jù)共享，就會遇到資料管理的問題，部門之間如何共享，與客戶如何共享，如何在共享的同時也保護好IP？對數(shù)據(jù)共享的管理越是嚴謹，對技術(shù)層次的要求就越高。! 5 v 0 x; B r# H3 s* Y, o2 M5 lD9 X# L. e整體fab最優(yōu)的實現(xiàn): RTD+Scheduling, / r) F2 mJ* ?- u; Y當fab完成ramped up后，如何進一步提升呢？大多MES都擁有最基本的能力，包括Reporting(報表)、Scheduling(排程)、Dispatching(派工)。但要超越MES現(xiàn)有的能力還要仰仗更好的決策工具。智慧派工RTD(Real Time Dispatching) 是一個根據(jù)規(guī)則(Rules)來動態(tài)決定生產(chǎn)順序的引擎，可根據(jù)不同設(shè)備類型來定義適合本廠業(yè)務(wù)的派貨法則(Dispactching Rules)，設(shè)備每次Request Next Lot都會根據(jù)定義好的規(guī)則去要求下一個lot。謝自強介紹，RTD可以幫助改善產(chǎn)品生產(chǎn)周期、減少生產(chǎn)變異性、提升設(shè)備使用率、增加晶圓產(chǎn)出以及提升AMHS的性能。目前RTD系統(tǒng)在200mm的滲透率是70%，而在300mm則高達的90%，所以在300mm透過RTD來做自動派工已是必需。許多的后道封裝測試廠也開始希望利用RTD的優(yōu)勢來做整廠的派工。0 P$ c+ l/ f% n6 f; N c) S- N. Wh! s$ M Z4 E( A圖1為RTD實施實例。從之前DPML(Days Per Mask Layer)的cycle time處于紅線位置，到實施RTD后DPML下降到綠線位置，整個cycle time提升了50，RTD幫助突破規(guī)劃的極限，把隱藏的產(chǎn)能抓出來。& , w+ ?5 e9 5 A; Y+ q- - a% A. v3 e& a, O H4 _; X) 0 + C% u0 _; p) U2 p! _2 J謝自強說，通常派貨指令是等到Lot Trackout時才會request next lot, 其實request next lot時間點可以彈性地設(shè)定得更早，在lot快要處理完的時候，就給RTD發(fā)出要求，利用lot從stock轉(zhuǎn)到設(shè)備的時間差就可以開始準備，節(jié)省了很多時間。如圖2所示，在RTD裝入以后，原本瓶頸設(shè)備的空閑時間下降了7，工藝處理時間顯著增加。9 n, P$ # v! C. H9 Hs5 Q, T( j+ C2 V. i/ V+ |; Z趙洪星建議，通常用按規(guī)則派工（rule based dispatching）時，只解決了當下設(shè)備使用率的問題，卻不能很好地解決全廠配置最優(yōu)化的問題，因為還有很多變量會影響到派工，如Production Scheduling、Factory Loading、Expediting/Prioritization、Capacity Utilization、Tool-level Dispatching、Management Behavior等，如何做到整體fab的最優(yōu)化？就要通過工廠排程scheduling tool的調(diào)節(jié)，在RTD的基礎(chǔ)上加上整體fab最優(yōu)的計算和仿真的結(jié)果來調(diào)整dispatching。通常增加throughput的同時cycle time也有較大的增長，但有了scheduling tool后，在throughput增加的同時，cycle time沒有很大的增長。當變量(variability)和cycle time都減少以后，新增加的yield learning可以幫助廠商更快的搶占市場。2 |& c0 u5 j% T/ p# ) i) s) r/ n2 z9 G F( 1 |) l+ D; x* s7 l2 Z. W6 C! P b& k# l# G+ G3 M8 8 / n7 H8 K r下一代制程的數(shù)據(jù)搜集標準：Interface A; V, u; C5 8 RInterface A作為全新的數(shù)據(jù)搜集標準，其實是有很多內(nèi)在因素在推動它的進程。據(jù)劉用文介紹，近五年來，每個半導(dǎo)體廠商都希望做的就是推進APC和OEE，尤其是OEE這方面。目的很簡單，就是希望在不投資的情況下，不買新機器，不蓋新廠，使整個效益有所提升。然而天下沒有免費的午餐，在不投資的情況下，要提高效益，通常要做很多分析，那就必須搜集更多數(shù)據(jù)。4 D% |9 Xo: 1 K* % D5 s: f; , C# v$ x. ( W此外推動Interface A的還有制造技術(shù)。從70nm到58nm甚至下一階段的30nm制程，我們發(fā)現(xiàn)FDC和R2R非常重要，而所要求搜集的數(shù)據(jù)也越來越多。目前run to run的應(yīng)用還沒有充分到達wafer to wafer的控制，在精密度方面也面臨很大的瓶頸。然而最根本的問題是SECSI面臨一定的數(shù)據(jù)帶寬限制，最多只能收8GB，而HSMS則最多只能收4GB，這樣就對數(shù)據(jù)收集有了限制。Interface A的提出正是希望克服這些問題。, g& Z1 L p- x, g. c2 F) u+ o, o# P目前，Interface A定義的界面不包含生產(chǎn)和程序的資料部分。劉用文解釋說，Interface A所提出的要求并沒有明確指出所要的資料和lot有關(guān)還是和recipe有關(guān)。特別是工廠在做資料的分析和整合時，缺少這方面的資料，F(xiàn)DC和R2R就無法直接使用所收集的資料。而在實施過程中，軟件供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)收集計劃(Data Collection Plan，DCP)也沒有和MES相結(jié)合。所以當使用看似完整度很高的第三方的產(chǎn)品時，在實際應(yīng)用中還要做設(shè)備集成或是和MES結(jié)合。要把第三方軟件整合到整個環(huán)境，就必須由用戶的IT部門花很多精力，或是花錢讓供應(yīng)商把系統(tǒng)做完整。6 h- 3 U- j: t- A* K9 EF2 u! E+ M& s( f0 8 S0 另一個挑戰(zhàn)來自數(shù)據(jù)處理。雖然Interface A的一個概念是每個不同應(yīng)用可以根據(jù)自己的需要向設(shè)備索取數(shù)據(jù)，但這只是個理想狀態(tài)。如果資料量非常大，那么這些應(yīng)用能否及時處理，這些數(shù)據(jù)是否又具重復(fù)性？機器也有一定瓶頸，并不能像Interface A一開始提出的那樣，想要什么數(shù)據(jù)都能立即獲取。于是在這種情況下要把數(shù)據(jù)整合，決定要收集怎樣的數(shù)據(jù)是一個比較新的工作。所以Data Sink的概念很重要，劉用文介紹說，很多廠家的做法是通過EDN Client把數(shù)據(jù)收完后直接傳給application，而Qimonda更傾向于將數(shù)據(jù)放到Data Sink，其它應(yīng)用可以透過一定的interface拿到資料。其中一個很大的因素是因為數(shù)據(jù)量非常的大，應(yīng)用很有可能沒有辦法在適當?shù)臅r候做一定的處理。而Data Sink能把data暫存下來，然后傳給不同application。而這也是個很有效益的database，可以為以后的data collection做參考。 H H/ x: x5 I9 C, J1 G* _: T, R; U5 3 0 U2 1 Y此外，Interface A并沒有細化一些關(guān)鍵定義，DCP是個開放式的XML 形式，僅僅收集希望收集的數(shù)據(jù)，如溫度、壓力以及chamber中的某個設(shè)定，卻并沒有production WIP相關(guān)所數(shù)據(jù)。要做完整的Data Sink還需要具備更完整的資料。想象如果是純粹XML file，在無從知道這些數(shù)據(jù)是在什么情況下獲得的，要把數(shù)據(jù)提取出來非常困難。但如果在做數(shù)據(jù)收集計劃的XML時，就定義了這些資料，那么把所需的數(shù)據(jù)提取出來就會容易許多。 G5 j; o( ?) e% V g( X r, J1 2 s$ GInterface A的應(yīng)用也有很大問題，用戶必須把現(xiàn)有數(shù)據(jù)收集計劃轉(zhuǎn)化成Interface A的數(shù)據(jù)收集計劃。現(xiàn)有的DCP都是基于SECS里的SVID，都是一串數(shù)字，必須把數(shù)字轉(zhuǎn)化成DCP中Interface A所提供的變量的名字。目前大部分提供Interface A的設(shè)備廠商都不提供Mapping，在沒有文件化的情況下，只能通過數(shù)據(jù)庫的逐個查看，也不可能通過寫程式的方式做完全轉(zhuǎn)換。根據(jù)Qimonda的經(jīng)驗，轉(zhuǎn)換一臺機器往往需要好幾天的時間才能將數(shù)據(jù)收集計劃轉(zhuǎn)化完成。7 l! O1 R, + P/ k. w & W- c% N( q7 L: v) - i1 |在資訊技術(shù)上，Interface A的實施也有一定難度。據(jù)測試顯示，市面上的XML library轉(zhuǎn)化時有一定的效率問題，每秒需要應(yīng)付45萬個參數(shù)，但這樣的轉(zhuǎn)化效率安裝在一臺server上，卻只能處理23臺設(shè)備，這樣硬件的投資將非常大，這也是目前急需克服的問題。- C# E* _1 j+ s5 : Q. g0 Z, v4 U! 2 / Z$ x7 b劉用文建議說，只要公司有計劃從90nm制程向70nm甚至更小的制程轉(zhuǎn)化，就應(yīng)該開始考慮Interface A的應(yīng)用，并開始準備架構(gòu)的轉(zhuǎn)化。因為從90nm、70nm直到50nm以下，會發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集的壓力非常大。在Interface A還沒有成為主要資料收集來源時，就考慮將現(xiàn)有的架構(gòu)進行改換，當具有Interface A的設(shè)備成為主流時才不會面對轉(zhuǎn)換上的困難，同時在目前就可以享受到Interface A所帶來的好處。: m& B$ t- u! E, O8 g任何新概念的引入都是極具挑戰(zhàn)性的，中國第一家采用CIM芯片的公司在經(jīng)歷了3個月的極度不適應(yīng)后卻發(fā)現(xiàn)已經(jīng)離不開CIM。隨著技術(shù)的進步，CIM進入先進工廠已成為必然。雖然在產(chǎn)業(yè)標準方面，CIM的推進過程還有待完善，但這也意味我們將會做得更好。: f- |/ J7 o$ S9 E$ d3 P; V. X致謝/ | A7 Y X2 F& J+ A2 m7 感謝以下業(yè)界專家參與本次研討會及對本文進行的指導(dǎo)：9 e$ N) R; b, ) v. 王元禹 中國區(qū)副總 TSMC( J2 |0 Q2 G P9 Y9 i劉用文 高級經(jīng)理 Qimonda# O# G. E/ 3 P/ U9 E謝自強 高級商務(wù)拓展咨詢 Applied Materials0 L# G6 w4 M( L V趙洪星 管理咨詢師 IBM- _6 u2 z0 n$ L5 C: W9 p# I呂凌志 CEO FA9 j5 N, q# X) D# & cMike Henry 高級銷售總監(jiān) CAMSTAR+ V( X. s* V/ S$ D& l* ?: G7 q( x5 8 J$ B7 r* % P% B) m6 T( ?# |白話CIM Solution Function1 C7 O4 G1 q+ h% O$ P7 m7 I) Y5 U& cMES4 E, f% Z; n3 f) |9 h8 MES詳細記錄所有設(shè)備, 在此基礎(chǔ)上建立產(chǎn)品流程，以及選擇適用的recipe。MES是整個工廠的核心，主要功能是tracking。9 u3 G/ G# T5 E5 D7 U) d7 i! q5 A# KFab Wide APC Q3 I ?+ ! h完整APC架構(gòu)平臺，往下鏈接設(shè)備，往上鏈接應(yīng)用面。APC提供完整central database，開發(fā)出各種應(yīng)用，如fault diction, run to run control, yield enhancement。 # y+ z( G# J b) k, R2 k8 P a（注： Applied Materials的APC solution在sun fab已經(jīng)實現(xiàn)完整實施。）* H/ I8 5 8 z+ |6 Y! K0 b8 x4 p( D! # H) z8 sDispatching & Scheduling; c7 ?. v8 n9 u& F O- Scheduling是做生產(chǎn)計劃（wafer start plan），確保客戶的due date，甚至可以預(yù)估在滿產(chǎn)時訂單接納與否。而dispatching是人工智慧，關(guān)系到整個生產(chǎn)的cycle time、throughput等等。8 F7 V! ?! B j# D7 s, g* F例如，當有20個lot的情況下，如何排priority, 是客戶優(yōu)先，還是first in first out，亦或是考慮整條線的balance。綜合各種客觀因素，去設(shè)計最好的dispatching方式。, . ( G# o- O4 i/ k+ h2 n; R; Y/ j! q( cMaterial Management: Z! J9 V T( x3 B& o簡單說就是material transportation。在對的時間，把對的東西，送到對的地方。了解material在現(xiàn)場的動向、速度、位置，