浅谈晶圆生产过程中WPH的萃取

马擎

摘要：一个半导体代工厂的产能是工厂发展的关键因素，WPH是产能评估的重要指标。每小时加工晶元数量的峰值与实际能达到的数值是我们研究的目标。半导体代工厂的生产设备类型复杂，且功能也很复杂。随着机台数量和种类的增长，难以使用之前手工计算的方式来维护关键指标的更新。所以需要针对不同类型的机台逐一自动收集数据，制定合理算法，实现自动收集和调整WPH值。

关键词：计算机集成制造；设备自动化程序；WPH

一 WPH萃取的意义

对于一个半导体代工厂（FAB）来说，制程机台在整个工厂的成本体系中是最为重要的组成部分。生产设备的性能如何会直接影响到成本和利润，所以生产设备性能的提升一直是半导体代工厂最为关注的问题。使一个生产设备不浪费一分一秒，加工更多的晶元就要从分析机台目前运行流程入手。对于每种类型机台的分析，许多企业利用人工采集关于设备、产品等要素的数据，使得提高设备效率这一工作十分地繁琐，而且准确率不高。这样即无法使各类型的机台尽可能达到自己的最大理论产能，从而降低成本，提高利润。控制每一批料的正常加工流程，在对设备自动控制的同时，收集必要的数据，这些详细的机台处理数据作为数据源。针对每种机台找出合理的方法，实现对PeakWPH值（每小时生产晶元数量的峰值）的自动收集及调整，用以监控制程设备的利用率，并对生产数据进行监控及分析。

最终实现改善机台的利用率，一方面可以缩短产品的生产周期，另一方面也可以提高生产效率、降低成本，从而加强企业的竞争力，使企业在行业内占有一定地位。

通过计算机集成制造（Computer Integrated Manufacturing）系统使每一个生产设备尽可能达到自己的最大理论产能，从而降低成本，提高利润。自动化控制机台是必不可少的，也就是说设备自动化程序（Equipment Automation Process）是基础。EAP系统与制造执行系统（MES）系统相结合，控制每一批料的正常加工流程，在对设备自动控制的同时，收集必要的数据，以这些详细的机台处理数据作为数据源。实现对PeakWPH值（每小时生产晶元数量的峰值）的自动收集及调整，构建一个机台性能追踪系统，用以监控制程设备的利用率，并对生产数据进行监控及分析。

二. WPH萃取的过程

以MIRRA MESA机台为例，该机台集成的CMP（Chemical Mechanical Polishing）系统是业界领先的200毫米的CMP机台，能够提供最高的晶片产出量，并且在氧化物，钨，铜的CMP显影方面提供优秀的品质。MIRRA MESA机台主要有以下几个功能的使用：CMP Oxide， CMP Poly， CMP STI和CMP W。

系统可能实现对基础数据的自动收集，根据生产数据进行PeakWPH值（每小时生产晶元数量的峰值）的计算及调整，并分析数据趋势，以监控制程设备的利用率。

为了找到一套针对Mirra Mesa机台自动产生和较准每小时产出峰值的方法。可以使用实时的生产数据，对其进行数据有效性的筛选，以提高每小时产出峰值的准确性。这样由实时生产数据作为数据源，依据实际生产状况，动态调整机台每小时产出峰值，以确保对于不同产品、recipe在Mirra Mesa机台上跑货时每小时峰值不同的变化。

定期对EAP的生产数据进行收集，保证数据的真实性，准确性和实时性。EAP程序专门为Mirra Mesa类型机台写成LOG文件，存储在控制各生产设备运行的FAB PC上，该LOG文件针对Mirra Mesa机台计算每小时产出峰值，提供了所需的必要机台事件，收集每台生产设备的特定EVENT，逐一写出log信息以记录各个该生产设备的重要事件。定期对log文件进行收集，并且对文本进行格式化，转入专用数据库中，作为基础数据源。依据Mirra Mesa机台的跑货形态，分别收集LOT级别的总体数据和Wafer级别的详细数据。

对于基础数据的筛选。根据Mirra Mesa机台的生产特性，每批LOT低于等于特定片数晶元的，认为是异常数据，不作为数据样本使用。

确定公式及关键的事件。 WPH计算模型的设定需要反复地定义和研究。首先，先由工业工程部门的工程师制定AMAT MIRRA MESA类型机台的WPH模型。

按既定公式分析数据

按照工业工程部门给定的公式，编写程序对AMAT MIRRA MESA机台的PWPH进行计算。主要分为两部分，第一部分要对从EAP Log中得来的基础数据进行再计算及补充，第二部分才是对补充后的可用数据进行汇总。

第一部分：数据再计算及补充

在详细信息资料数据表中有一部分栏位不能从EAP Log中直接获得，EAP Log中，只能取得事件发生的时间点以及事件名称，所以其他栏位内容需要通过存储过程计算出来。

首先，将详细信息资料数据表中最近指定天数的数据，按照机台名称， Trackouttime， 制程开始时间进行排序，结果存入游标“Waf_cur”中。限定时间主要为避免数据过多导致服务器超负荷运转，理论上只处理最近7天数據即可，为避免有效数据未被更新的危险，故更新最近14天数据。

首先对标志位栏位进行赋值，对于同一个LOT在同一个机台上的同一次操作所产生的记录，从其第二片晶片到第N-3片为止，其标志位设为“T”，其余为“F”（N为该LOT中WAFER片数）。此算法目的是为确保参与计算的数据为机台流畅运行的数据，一般来说，机台对于每个LOT的加工，在最初和最末阶段，有存在异常状况的可能性。

然后对于各条数据的前值进行赋值，如上一阶段制程结束时间等。

这些栏位的赋值则是将游标中同一个LOT在同一个机台上的同一次操作所产生记录的前一条相关内容赋值到本条记录中。

第二部分：数据汇总

首先将详细信息资料数据表和普通信息资料数据表中本次运行时间段内的数据按照不同的机台编号、LOT编号及Track Out Time进行连接。因为以上三个条件可以确定唯一一步处理动作，故以其作为连接关键字段。同时要求该LOT的晶片数量大于4，且FLAG栏位为‘T，其余作为异常数据处理。在查询结果中确认出规定时间段内在MIRRA MESA各机台上不同FAB，不同机台，不同产品，不同Recipe分别跑了多少个LOT，此结果为本次程序运行所需计算的目标数据集，放入游标中。将之前所汇总出的数据进行逐条循环。分别按照机台编号、产品编号及Recipe为查询条件，在详细信息资料数据表中找出所有满足条件的记录，依据第一制程时间进行排序，再按照当前游标中的数量栏位值来取出第一制程时间的中值。对于其他变量的赋值，同样依以上方法实现。

在循环中还需进行对每条游标记录的WPH值的计算。在此项运算中制程工程师会事先对一些变量值进行设置。

在计算WPH时，要先判断出在整个制程过程中，这几项中哪部分占用的时间最长，以其作为计算WPH的基础时间，再加上相应的NITT时间，即为处理一片晶片该机台所需时间，时间单位为分钟。60分钟除以该时间，则为每小时可以处理的晶片数量，即该机台的WPH值。

较准每小时产出峰值

对于Mirra Mesa机台， 每周计算一次每小时产出峰值，按照日期，产生数据趋势图。若连续5周WPH值的标准差或连续3周WPH值的标准差小于相应既定值，则自动校正Mirra Mesa机台每小时产出的峰值。

提出了一种自动生成Mirra Mesa类型机台每小时产出峰值的方法。

三. 萃取方法实现的效果

使用实时的生产数据，自动收集并对数据进行筛选，以提高机台产能。按照机台运转方式，制定合理的算法，将正常数据作为样本点，以大量的生产数据为基础，计算出准确的机台每小时产出峰值，避免了人为参与所生成的人力投入，以及数据的不准确性及随机性。并且能动态调整WPH值，更直接地反映线上运转情况，方便工程师找到机台瓶颈所在，以提高机台产出量。