晶圆厂信息控制系统介绍

('晶圆厂信息控制系统介绍周炳君【摘要】信息控制系统(FICS)的集成是晶圆厂生产线集成的主要内容之一.介绍了65mm级别用于生产微处理器(Microprocessor)的300mmFAB的FICS架构实例,并就系统集成做了简单的描述,对制造执行系统MES和设备集成系统EI的客户化作了探讨,并介绍了EI部分的架构.【期刊名称】《电子工业专用设备》【年(卷),期】2010(039)003【总页数】4页(P43-46)【关键词】晶圆厂生产线;信息控制系统;软件集成;制造执行系统;设备集成系统;300mm国际标准;客户化【作者】周炳君【作者单位】金沈科技有限公司,江苏宜兴214200【正文语种】中文【中图分类】TP14300mmFAB一般设计成全自动的生产线，这对整个FAB的信息控制系统(FICS)提出了严格的要求和挑战。FICS集成是建立300mmFAB的关键之一。一般来说，FICS的全部费用为整个FAB预算的2%～3%，它不但是决定FAB效率的主要因素，而且还影响着FAB的实际容积(capacity)、可利用率(utilization)等。自从2003年IBM在EastFishkill建立了第一条全自动的300mmFAB以来，世界各地陆续出现了各种用途类型、具有不同自动化程度的类似工厂。FICS的各个软件模块也趋成熟。本文粗略地探讨了65nm用于生产微处理器(Microprocessor)的300mmFAB的FICS集成和挑战。图1FICS系统1系统架构目前，大部分300mmFAB的FICS系统架构大同小异。工厂系统集成(FactoryIntegration)决定了FICS的质量，系统集成的水平、所用软件的先进性是衡量FAB操作生产等级的标志。图1展示了FICS的架构。毫无疑问，这是一个分布式的计算系统。类似的架构以被IBM、GlobalFoundries等世界顶级的FAB所应用。该系统的优点是实现全自动操作，包括数据采集，实现真正意义上的自动化生产线，各个子系统模块分离程度高(De-Coupled)。缺点是，MQSeries并不是一个理想的实时数据交换媒介。但MQSeries和Corba的选择，受限于MES系统的限制。(1)MES系统。目前，用得较为广泛的是IBM的SiView。(2)EI是远程主机连接系统。目前该系统比较丰富多彩，Intel，IBM，GlobalFoundries等公司都有他们自己的版本，所用的产品都是200mm线上相应的软件产品改良而来的，一般比较陈旧，尤其是底层的SECS协议。而金氿科技的产品是目前较先进和可靠的。(3)ABS(AgentBasedScheduling)是事件(包括材料)的调度和决策系统。(4)APC(AdvancedProcessControl)使用Catalys以及FDC软件(FaultDetectionandClassification)。(5)EDA软件系统可使用SAPPHiRE。(6)处方管理、数据采集系统用ARMOR；ADAPT(AdvancedDataAcquisitionPlanTool)是数据采集设置。(7)WaferSelectionSystem可以用AMMO。(8)SPC是质量监控（SPC-StatisticalProcessControl)软件系统，例如，ASPECT。(9)FABGUI为OperatorInterface。(10)Tel-Alert为NotificationSystem。(11)SAP/PM为(ToolPreventativeMaintenance)为设备维护计量财务系统。2系统集成整个信息控制系统的集成是一个复杂和庞大的软件工程。物理环境流程如图2所示。图2物理环境流成图对于生产线而言，一般分如下几个阶段：(1)第一台设备:在这个阶段，网络施、服务器、MES、AMHS、EI的全部框架和部分设备的远程控制等大部分系统要到位。(2)第一片晶圆：所有设备、系统都要到位，包括生产线生产数据模型，生产线的工程师们可以作进一步的调试和熟悉工作。(3)生产阶段开始：要求所有系统运营无误，系统维护是每周7d，每天24min。在这个阶段，生产仅是小规模的。(4)产量上升阶段：根据功能和负载要求，所有IT系统的规模将被扩大，大部分处理(材料、数据、调度等)的等待时间必须在5s以内。(5)完全生产阶段：FICS的各项指标将被改善直到满足ITR(InternationalTechnologyRoadmapforSemiconducters)所规定的数字。同时，提供培训系统。系统集成最大的工作量是MES的客户化和远程主机的研发。MES的客户化包括下面几个方面：(1)MES系统本身的修改。一个MES系统并不能包罗万象，需要作一些修改使之满足于FAB的特殊要求。例如，按照国际半导体标准，SiView提供一般的LotHold操作。但是，不能满足特殊的LotHold要求，这些LotHold可能来自一个特殊的软件系统，也有可能来自质量监控系统，也有可能来自APC系统等等，而这种LotHold就不能像通常情况那样，由普通的操作工，通过MES客户端来释放，所以在现有的MES系统中，必须加入新的规则。(2)MES与其它各系统之间的连接接口。例如，与远程主机EI之间的数据传递，由于各个厂商所使用的EI软件技术不同，这部分的客户化是必须的。(3)MES数据库中初始数据模型的建立和布施。(4)数据采集(DataCollection)。(5)处方管理(RecipeManagement)。关于EI的研发，是一个较敏感的项目，因为它不但需要开发环境测试和模拟测试，还需要线测试(On-linetesting)。而线测试直接与设备和该设备的操作工(一般为ProcessEngineer)一起进行，有时，一个质量差的EI软件在线测试过程中可能对设备造成损害，特别是机器臂。虽然一条先进的生产线有不亚于20种的设备，但是面向对象编程技术大大减少了EI的研发工作量。图3为JEI的架构框图。图3JEI架构图JSIP是JavaSECSIIInterfaceProtocol(SECS接口协议)的简称。它是用100%Java内核编写的，而且100%实现了国际半导体生产标准E4,E5和E37的全部功能。采用优化的开放式架构，继承了MLI++(IBM半导体生产线上使用的相应软件，用C++编成)的优点，实现了很多MLI++没有但很实用的功能，它的模块化使得它能被嵌入任何需要SECS协议通讯的应用中，用户可以根据需要动态地选择和定义自己的SECS信息集合，并能自动处理信息，上层应用可以直接处理数据，无须处理SECS信息而获得数据，也无须处理不感兴趣的信息和数据。它可以同时与多个对象设备进行通讯和处理。2瓶颈和挑战晶圆厂在FICS系统集成上，除了让生产线运转这个基本要求外，成本、质量、产量、速度、适用性等也是主要的因素。总的来说，高质量的FICS能把生产线的各个环节集成起来，并能降低10%的生产费用，减少工厂的投资，缩短产品的生产时间，提供有效力的大批量和多种产品同时生产的能力，提高生产线的可靠性和设备的利用率，减少生产废品和废料。目前，FICS最大的瓶颈是系统性(包括AMHS运输系统)的时间延误，理想的状态是，如果在所有材料(晶圆和其它化学材料)具备的条件下，设备不应有空闲等待时间。其次是MES软件本身的缺点，现在用于300mmFAB的MES系统都是由200mm相应的系统升级改造而来，随着其它软件系统(如APC，SPC等)功能的增加和要求的提高，MES中有些功能已经显得不协调，例如，数据采集模块，我们不得不修改原来MES的模块来匹配Saphire和ASPECT新的功能。按照ITRS、FAB资源浪费(Waste)分为3个方面：(1)等待时间；(2)设备产出；(3)能源。而且，FAB资源浪费在大的300mmFAB上往往会迁移和扩散。为此，ITRS生产线集成组在2010年的工作重点是怎样减少FAB资源浪费(Waste)。现有的300mm国际标准以Lot为处理控制(ProcessJob)单位，一个Lot有时只有一个晶圆片组成。所以，另一个挑战是，怎样把以晶圆片为处理控制单位的功能纳入300mm的FICS系统中。参考文献：[1]IBMwhitepaper,"SiViewOverview&PositioningofMES(SP-GEN-OVW-005-10)",2005.[2]金氿科技有限公司,JSIP用户手册,2009年.[3]金氿科技有限公司,半导体设备与远程主机模拟器用户手册,2010年.[4]国际半导体标准，E5-SEMIEQUIPMENTCOMMUNICATIONSSTANDARD2MESSAGECONTENT-(SECS-II).[5]国际半导体标准，E37-HIGH-SPEEDSECSMESSAGESERVICES(HSMS)GENERICSERVICES.',)