1、MES系統在U公司的角色與作用
半導體制造是典型的技術密集型的高科技制造行業，其產品種類繁多、工藝流程復雜，且隨著現代集成電路的問世與制程技術的不斷進步，晶圓尺寸越來越大，而線寬越來越小，使得數以百萬的電子元件能夠成功整合進一片IC內，同時也對生產過程的精準性提出了更高的要求與挑戰。
U公司作為世界第二大晶圓代工企業每個制造廠設立之初就開始實施了MES系統，其后再依據生產需要，遇到的問題不斷的進行二次開發和系統升級。發展到現在，MES已成為U公司整個CIM(Computer Integrated Manufacturing)系統的核心(如圖1所示)，整個公司所有的生產活動都圍繞著MES，是整個公司其他支持管理系統的基礎，它相當于一個信息集線器，一個通訊工具，為其它應用系統提供控制層的實時數據，通過這套系統可以進行精密的數據采集，用于生產的實時監控，實時指揮、質量的在線控制、設備的預防維修等等，借以達到高質量的生產水平。
圖1 U公司CIM系統
U公司的MES系統，以半導體企業的行業特色為背景，貫徹以財務為中心、成本控制為核心的理念，貫徹按客戶定單組織生產、全面質量管理的理念，實現全過程的一貫質量管理、一貫計劃管理、一貫材料管理以及整個合同生命周期的動態跟蹤管理，以縮短成品出廠周期以及生產周期，提高產品質量和檔次。
2、半導體制造流程簡介
半導體制造過程是相當復雜的過程，主要分為六大類：光學顯影(Lithograph)，蝕刻技術(Etch)，化學氣相沉積(CVD，Chemical Vapor Deposition)， 物理氣相沉積(PVD，Physical Vapor Deposition)， 離子植入(Ion Implant) 以及化學機械研磨技術(CMP，Chemical Mechanical Polishing)。對于一個半導體對于一個半導體產品而言， 需要重復幾次甚至是幾十次上述循環。不同的半導體器件產品由于實功能的不同，于是產品的6大制程順序與組合就會大相徑庭； 圖2所示的是某一高端65納米制程產品的生產制造流程。從圖2中可以看出這個高端產品制程多次使用了6大制程技術，并且生產流程中穿插使用6大生產制程。
圖2 某一高端65納米制程產品的生產制造流程
圖2所示為生產的主要功能步驟，如此繁復的生產過程，為了保證產品質量，及時發現缺陷產品，采取補救措施，U公司在各個主要生產功能步驟的中間都穿插著不同的量測站點，用以檢驗生產功能步驟的準確度。例如，在化學研磨前會先測量品圓的厚度(此為前值)，化學研磨后會再次測量晶團的厚度(此為后值)，用前值減去后值便會得出此次研磨掉的厚度。當檢測出的數值超出規格，U公司的統計過程控制系統(簡稱SPC系統：Statistical Process Control)控制圖中此點的波動便會超出管控范圍。
那么什么是Process Flow？
Process Flow簡單來說就足制造過程中各個生產及量測步驟的集合，即一片單晶硅片從投片開始到最后具有邏輯功能的產成品晶圓所經歷的制造步驟，它包含產品每個步驟應執行的機臺類型，制程Recipe，量測何種數據及管控規格，所屬負責單位，某些步驟之間的時效限制等等所有產品在生產線信息。
3、企業面對的困難與挑戰
MES系統作為U公司整個生產活動的核心基礎，要求執行每一步的數據都要非常的精準，不可以有一分一毫的偏頗差異。一旦MES執行錯誤的指令輕則導致產品重工(Rework)，重則導致產品報廢，浪費資源，增加成本，加長生產周期，引起客戶不滿，甚至流失客戶。而MES所執行的一切數據信息均來源于ProcessFlow，這便要求ProcessFlow在建立和修改的過程中必須極度的精準。且由于半導體產品種類型號繁多，一個半導體制造廠通常有上百甚至上千種型號的產品同時在線生產，企業也為了保持競爭力不斷的研發新產品，這就說明一個半導體制造廠同時存在上百上千條ProcessFlow需要不斷改進維護，加上半導體產品生命周期短的特性，ProcessFlow的建立、修改以及舊Flow的歸檔都是不斷頻繁的發生。
U公司Process Flow的維護主要由兩大部門管理。為了提升產品量率或降低生產成本，工程部的工程師通過不斷實驗得出有效數據提出需求修改Process Flow。質量保證部門負責審核實驗數據并根據工程師的要求建立或修改Process Flow。目前U公司建立或修改流程為：工程師提出修改需求——〉QA/MES小組檢查是否符合規則并向申請者確認任何有疑義的部分——〉相關部門對修改內容部門進行審核會簽，若涉及到客戶級別的修改還需客戶同意——〉OA/MES小組前期FlowChart設定并根據修改內容分類整理參數——〉申請者根據生產線上在制品當前所處的步驟位置及需求判斷是將目前產品先停下等待新參數執行，還是等待線上產品跑過某一步驟后才讓新參數執行(處理生產線上在制品)——〉CtA/MES小組將新數據上傳到數據庫，并從數據庫中下載最新的數據資料(依然為pending狀態)與申請者的需求做對比確認——〉申請者確認結果——〉QA/MES組內其他成員Double Check結果——〉Active Flow——〉QA/SPC組根據修改內容設定SPC管控圖用以監控生產線上產品的相關規格數據，一旦MES反饋回的數據不符合Flow設定的要求，SPC便會報警。
目前，U公司ProcessFlow的建立或修改流程依然采用人工手動輸入和上傳工具輔助的模式，這樣就存在的以下問題：
(1)周期長。ProcessFlow涉及的部門廣泛，在確認修改前要經過相關部門的同意，因此當工程師改好的ProcessFlow需要進行跨部門的會簽，會簽流程耗時長。另外由于人為疏失會造成不可估量的損失，工藝流程的數據輸入人員承擔的風險責任大，造成員工壓力大，為避免或減少錯誤發生需反復確認數據的正確性，甚至有些步驟中強制要求請其他同事幫忙double check，效率低下，致使ProcessFlow建立或修改的周期長，引起客戶不滿，影響公司的反應能力。
(2)協同效應差。U公司有幾百個工程師會對ProcessFlow提出修改需求，每個人的理解方式都存在偏差，修改相同內容卻有著千差萬別的表述方式，對Flow修改人員產生困擾。提供錯誤數據或輸入人員跟工程師對修改表述上理解不一致，溝通不佳等問題都會導致數據偏差，因表述有歧義問題造成退單、重改屢見不鮮，造成效率低下；延長修改周期。
(3)參數種類繁多。現在U公司ProcessFlow的參數種類繁多，需數據輸入人員人工分類，并按分類類別整理成上載文件，不同分類的參數由不同的數據上載工具上載，密密麻麻的數據在整理分類過程中極易出錯。
4、企業對困境的解決方案
由于半導體企業業務本質具有高風險：產品生命周期短、價格不斷的下滑、頻繁的設計變更和矩陣式的競爭壓力，產品既復雜又精密，而對流程的要求變得越來越精確，與此相對應的落后的ProcessFlow的建立修改方式，已經阻礙了企業的進一步發展，因此U公司提出了以下針對性的解決方案：
(1)短期策略：成立ProcessFlow提單小組。U公司于2010年12月開始成立專門的ProcessFlow修改提單小組，并由質量保證部門對其培訓，講解Flow修改的規則，定義每種表述符號代表修改的內容。因提單小組只有4人，較容易形成統一的修改表述，且將與工程師溝通部分轉移至提單小組，工程師只需將要改成的結果交付提單小組，提單小組便知道如何表述修改，大大縮短了ProcessFlow的修改周期，也降低了退單率。如圖3所示至2011年6月ProcessFlow修改周期已經有了明顯改善，由原來的23.8天逐月下降到15.2天。
圖3 2011年上半年Process Flow修改統計報告
(2)長期策略：建立PRP(Process Plan)系統，使ProcessFlow數據輸入模塊化。A.在PRP系統中預設好修改類型的短語，并附加解釋，提單者在提申請時只需選擇自己需要的類型短語，解決表述差異無法協同作業的問題。B.PRP系統根據修改類型自動分類參數類型。減少人為分類整理的失誤。C.申請者修改到關聯步驟時彈出對話框提醒申請者做到關聯修改。
5、總結
U公司在建立MES系統的初期為考慮到Process Flow的維護中存在的問題，過于注重生產執行層面，發展到現在整個MES系統已經發展出很多邊緣系統，且各個系統之間存在著這樣那樣的關聯，使得PRP系統的建立具有很大的局限性，因此U公司PRP系統的設立雖然已經提上日程，但依然任重而道遠。
希望這篇文章能給國內仍在發展中的半導體制造企業一點啟示，及早解決數據輸入問題。
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