半導體製程製造管理

自 1947 年貝爾研究室的 Shockley﹐Brattain 和 Bardeen 發明電晶體以來人類文明進入 無限寬廣的資訊時代。電晶體製造更藉由矽的半導體特性成就了 1958 年積體電路 (Integrated Circuit，I.C)發明後之產業突破，到 1995 年電子產業已超過一兆美元超過汽車 工業成為世界上的最大工業，其中半導體的產值就超過 1300 億美元佔世界電子產值的 14~18%，半導體產業的重要性可想而知[張俊彥等編著，86]。1960 年代，Intel 創始人之 一的 Gordon Moore 提出有名的“摩耳定律(Moore’s Law)＂：“每兩年在相同大小的晶片 上，電晶體的數量將呈倍數成長＂。然隨著“摩耳定律＂的步伐，電晶體不斷縮小，而 晶圓不斷地往大尺寸發展，半導體製造生產在製程與管理上的複雜度也快速演變。

2.1.1 半導體製程

半導體 IC 產業可分為上游的設計、晶圓製造，與下游的封裝、測試。IC 設計研發 完成後，即開始投入製造生產，各產品製造過程會依產品別與製程別而有差異，但基本

流程特性大致相近，下述以前段晶圓製造，與後段封裝測試簡介之。

1. 前段晶圓製造

半導體積體電路晶圓製造過程相當複雜，動輒百道製程，自空白晶圓(Prime Wafer) 投產到完成其積體電路，中間需經氧化(Oxidation)、擴散(Diffusion)、微影(Photo)、蝕刻 (Etch)、化學氣相沉積(CVD)到金屬濺鍍(Metal Sputter)等製程經多次重複循環將電路一層 一層(Layer)製作到到晶圓片上。且依產品別，製程別各有不同的製程特性與複雜度，中

PVD蒸鍍 Al,AlSi 3

1 主要分成三部份：(1).晶圓分類測試(Wafer Sort)，(2).晶片封裝(Chip Package)，(3).晶片成 品測試(Chip Final Test)。

在封測階段在製品分別以晶圓(Wafer)，晶片(Chip)型式進行生產。與前段晶圓製造階 段有不同的製造管理特性差異，一為製程及生產週期時間較短，一為由晶圓轉換為晶 粒，單位計量與識別方式由批量(Lot)改為顆粒數，成品型式也會依訂單需求而有所差異。

2.1.2 半導體製造管理

半導體生產過程中就其微米製程的嚴格要求，各製程站別都有特定要求與限制，相 對的也衍生了許多的製造管理要求與技術，以維持生產運作之效率與品質。

圖 ４ 四大現場管理基本要項 資料來源：本研究整理

在半導體生產製造管理上相關課題相當多，人員、設備、物料與方法四大現場管理 主題各有其特點，如圖 4 所示。本研究將把重心集中在產品相關管理上，並就下列主要 相關問題研討：

1. 產品/製程/物料管理：晶圓廠在運作時可提供多樣的產品別與製程別，並有其配 合之物料與機台組合，故必須有良好的識別區分技術，才能減少製程/機台/物料 /參數的誤用，並進一步減少不當的在製品或物料庫存。

z 產品別：不同產品因電路圖形不同而有不同的光罩組合，及所使用的製程，

物料與參數。

z 製程別：製程別會依產品類型，製程能力而有差異。

z 物料別：生產過程中會搭配不同的物料與耗材，如光罩(Photo Mask)、光阻 液(Photo Resister)、控擋片(Dummy Wafer)…等，各有產品搭配，有效期限，

重複使用次數及回收次數…等限制，需予以控管。

2. 時間管理：在時間管理上主要有 交期(Delivery Time)，週期時間(Cycle Time)，

時間限制(Time Constrain)。這三者均與生產派工的精準度為正相關：

z 交期(Delivery)：IC 產品之產品生命週期短，如何在需求時間內供應需要的 產品為一重要課題。而如何能使產品按時產出達交，這與生產的進度掌握與 派工精確度息息相關。

z 週期時間(Cycle Time)：產品自投入到完成產出的時間為總週期時間(Total Cycle Time)，如何使各產品批在固定的製程時間(Process Time)下，以各站最 少等候時間(Queue Time)進行生產，這必須靠即時進度掌握及精確派工。

z 時間限制(Time Constrain)：晶圓製造過程中因產品及物料特性，特定站別間 有時間限制，若無法在時間內開始或完成該站將可能造成不可挽回之良率問 題，或需進行重工程序。例如，微影製程之上光阻(Photo Resister)後，會依 製程而定要求 24～48 小時內進行蝕刻(Etch)製程，若超過而未處理則有光阻 過期之光阻吸水氣與後續圖形線寛等問題，若在 48 小時內則尚可進行水氣 烤除，超過 48 小時則需去光阻並重新進行進行該道微影製程之重工程序。

3. 在製品(Work In Process，WIP)管理：晶圓片(Wafer)即為晶圓製造過程中之在製 品亦為其直接物料，與製造組裝業不同的在此生產中並沒有其他直接物料，所 以只需對晶圓片進行產品進度掌控。其他物料均以間接物料型式進行，其他物 料管理主要在維持其供應不虞匱乏，保持有效期限及成本控制。在製品則因其 製程管制需要，有特定之管理要求與特性：

z 需以專用容器承載運送：因潔淨度設計考量，晶圓產品使用可維持容器內高 潔淨度的專用容器。在 200mm(即 8＂)晶圓廠所使用 SMIF POD (Standard Mechanical Interface POD) ， 在 300mm( 即 12＂) 晶 圓 廠 所 使 用 FOUP(Front-Opening-Unified-Pod)。

圖 ５ 200mm 晶圓之承載容器 SMIF POD 資料來源：台灣富創得科技股份有限公司網站

圖 ６ 300mm 晶圓之承載容器 FUOP 資料來源：Asyst Technologies, Inc 網站

z 精確派工與確實執行：晶圓廠月產能動輒上萬片，在製品更不為少數，精確 有效率的派工，對產能與交期之維持相當重要，除仰賴 MES 與派工軟體控 管外，重要還是在即時資訊掌握，與現場人員能有效率依派工指令找到派工 產品，並正確排入生產。此時便需要方便且即時的產品識別與資料擷取。

z 異常處理之掌握：晶圓製造生產過程中，常因產品本、機台、操作問題與特 殊事件而造成異常。異常發生時，產品所在位置及所做處理常不同於正常產 品或生產流程，這些異常產品若無法切實掌握常會造成衍生問題，如產品失 蹤，無人問津，尋找耗時，延誤造成重工…。

z 以批(Lot)為主要控管單元：在生產過程中可以一批量進行批次生產，200mm 通常以 24 片為一批(Lot)，並以批號(Lot ID)搭配 MES 系統進行管理。

z 批號之拆分與合併：因一批 24 片，在生產過程中時會發生部份片因生產條 件變更，異常處理，重工或進度調整等狀況而需由先前定義一批拆分至二批 以上，此為分批(Split Lot)(註)；或在特定條件下將不同批合併成一批以生 產，此為併批(Merge Lot)(註)。在此作業，可能會造成其批號新增或停止。

註：分批(Split Lot)：指同一批號產品因需求將其數量由一批拆分二到多批，

對此批號視狀況增加一子批識別碼，被分出來的稱為子批(Child Lot)，原批 則稱為母批(Parent Lot)。

註：併批(Merge Lot)：指將不同批合併在一起，此狀況有兩種，一為將子批 合併回原母批，則合併後以母批為批號，另一為將同一規格的不同產品批合 併在一起，合併後批號可為其中一批號或另產生一批號。

歸納上述所提及，強調的是如何明確識別產品，並即時掌握其狀態資訊。