行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告
※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※
※ ※
※ 虛擬之自動化半導體廠 ※
※ 計劃㆒：虛擬半導體之製造執行系統 (3/3) ※
※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※
計畫類別：ν個別型計畫
計畫編號：NSC89-2218-E011-023
執行期間：89 年 8 年 1 日至 90 年 7 月 31 日
計畫主持㆟：鍾聖倫 共同主持㆟：
本成果報告包括以㆘應繳交之附件：
□赴國外出差或研習心得報告㆒份
□赴大陸㆞區出差或研習心得報告㆒份
□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各㆒份
□國際合作研究計畫國外研究報告書㆒份
執行單位：國立台灣科技大學電機系
㆗ 華 民 國九十㆒年 元 月 十㆒ 日
行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
虛擬之自動化半導體廠
子計劃㆒：虛擬半導體之製造執行系統 (3/3)
計畫編號：NSC 89-2218-E011-023
計劃期限：89 年 8 月 1 日 至 90 年 7 月 31 日 主持㆟：鍾聖倫 執行機構：國立臺灣科技大學電機工程技術系
㆒、㆗文摘要
本研究的探討主要是以晶圓廠資訊整合的目的 為出發點，針對目前封閉式的決策執行架構，將 晶圓廠自動化解決方案㆗所呈現出之各自動化 島，在整合系統的基礎㆖，利用資料庫正規設計 方法，將廠區內的資訊流進行彙整，而統合於開 放式網路、可供存取之關連式資料庫內。以關連 式資料庫為基礎，設計具開放式網路架構且能支 援虛擬晶圓廠概念與需求之製造執行系統，並以 此製造執行系統作為整個虛擬晶圓廠決策執行 的核心。為能符合及支援虛擬晶圓廠概念與需 求，此決策執行的核心至少包括：廠區佈置架 構、機台設備設定資料和機況追蹤、製造流程定 義、物料搬移管理、在製品的追蹤以及反應製程 品質之量測數據等資料模組。另外，在自動化操 作模式㆘，提供㆒過帳界面允許其他系統初始化 時，作整廠控制資料的設定；正常運作時，作自 動化過帳的要求。最後，實現㆒具透明性、開放 性及能提供聲音影像圖形瀏覽功能的製造執行 系統之使用者界面。
關鍵字：製造執行系統、製程定義、機台管理
Abstract
Manufacturing execution system（MES） provide the link between planning system and control system. By the MES, process data of the whole fabs from planning system to control system or control system
concept and request of visual fabs. The four major contribution include：(1) design of the database of MES using the concept of the relational database；(2) implementation of the transaction server providing an integrated interface；(3) support of a fully automated semiconductor fab；and (4) realization of a
Web-based GUI to access the database through internet.
Keywords: MES, Product Process Definition, Equipment Management
㆓、計劃緣由與目的
製造執行系統 (MES ：Manufacturing Execution System) 是架構在生產排程層以及現廠執行層之 間，負責整廠製造流程的運作錯誤! 找不到參照 來源。錯誤! 找不到參照來源。。國內半導體廠 所採用如：Workstream 或是 Promis 等 MES 系 統，大多是建構在封閉的專屬作業平台、及資料 庫架構㆖，不易使用者根據其特定製程及企業需 要而開發，如工程資料分析，排程派班、交貨預 測、以及整廠系統維護等特定解決方案的整合，
或符合類似「虛擬半導體廠」架構之需要。
延續本子計劃在第㆓年：針對半體廠全廠機台管 理及製程定義兩核心模組進行分析、設計與實現 的成果之㆖，在最後㆒年㆗，本子計劃是針對前 兩年分析而得的 MES 系統的架構，配合其他子 計劃㆗、對應為半導體廠內的各自動化系統，設 計互通的通訊架構管道，進行資料的彙整，並在 彙整的基礎㆖針對製程改良廠區資源使用率提高
料分析系統整合、品質控制系統與製造流程控制 的整合等。
㆔、研究方法
本研究資料庫設計作法㆖是將MES 劃分為若干個 子系統，然後就子系統內再進行詳細的需求分 析，建立具有高語意表達能力的實體–關係資料 模型，再將所得到的實體–關係資料模型轉換成 關連式資料模型。接著將各子系統的實體–關係 資料模組整合成㆒個大系統之實體–關係資料模 型，再將此實體–關係資料模型轉換成關連式資 料模型，並作正規化處理。最後，將正規化後的 關連式資料模型依資料庫系統內部之儲存結構或 檔案組織來建立資料庫系統。本子計劃第㆓年的 研究重點為：機台管理及製程定義兩核心模組。
㆔、結果與討論
由於 Web–Based 系統架構與資料庫的結 合，利用 Web Browser 開放式網路、跨平台的特 性及資料庫在處理資料㆖的能力，成為目前網際 網路㆖發展的資訊模式[6][7][8]。本文之 MES 網 站伺服器則是建構在此基礎之㆖，在 Window NT Server 4.0 ㆖安裝 IIS 3.0 以及利用 Active Server Page 的技巧進行 MES 網站伺服器的設計。
MES 網站伺服器在製造執行系統內部主要是 提供使用者界面。使用者在遠端只要電腦配置有 Internet Explorer 或是 Netscape 等瀏覽器，就 可㆘載已存在 MES 網站伺服器內的網頁，呈現出 與 MES 資料庫作互動的使用者界面。圖 3. 1為本 論文實現之 MES 網站伺服器所提供的 MES 使用者 界面功能圖，此 MES 使用者界面功能圖依資料庫 模組的劃分可分為五個部分：（1）製程定義（2）
批貨管理（3）物料管理（4）機台管理（5）系統 管理。
MES 使用者界面
製程定義 批貨管理 物料管理 機台管理 系統管理
Product ProductProcess
Process ProcessVersion
ProcessRoute Route RouteStep
Step StepVersion
View Process
Flow
Create Lot Lot Dispatch
LotHistory Wafer WaferType
Priority
Location Equipment Factory Cassette
LocationType InventoryStatus
Port ProcessingUnit
PUFamily PUFamilyPU
PUType Recipe EquipmentType EquipmentClass PortType
Area Tunnel AreaTunnel
Bay ProductFamily
ProcessGen ProcessTech Layer ReticleLayer
Reticle SystemUser
圖 3. 1 MES 使用者界面功能圖
圖 3. 2為 MES 網站伺服器存取 MES 資料庫的 路徑，其詳細的說明如㆘：使用者向 MES 網站伺 服器要求㆘載網頁，如果要求㆘載網頁的附檔名 為.asp 時，MES 網站伺服器會讓 ASP Engine 解譯，
當 ASP Engine 解讀到含有 Oracle OO4O22 的物件 時，就會使用 ODBC 去連接資料庫，並且對資料庫 作存取的動作，OO4O22 接收到資料之後，會讓 ASP Engine 將所得到的結果轉換成標準的 HTML 格 式，再由 MES 網站伺服器將網頁㆘載給使用者。
Web Client
Web Server ASP Engine ODBC
Database
1、要求㆘載網頁 2、ASP Format
3、使用Oracle OO4O22物件
4、連結資料庫 5、將結果回傳
7、轉換成HTML Format 6、以OO4O22物件接收資料
8、㆘載網頁
圖 3. 2 Web 資料庫存取路徑
圖 3. 3所示為使用者利用 MES 網站伺服器新 增㆒筆資料至 MES 資料庫的訊息流程：
MES 資料庫 Stored
Procedeure
1
2 3
要求㆘載網頁 讀取Global.asa
SQL Query
ProductFamily
4
Web Client MES Web Server
6
5
PPDFind.sql PPDFind.ProductFamilyShowAll 將ProductFamily資料回傳
給MES Web Server
將要求的網頁㆘
載給Web Client
將網頁填寫完畢 按㆘Submit
ProductAdd.sql ProductAdd
圖 3. 3 經由網站伺服器新增資料至 MES 資料庫 (1) MES Web Client 向 MES 網站伺服器要求㆘載
網頁，在㆘載網頁之前，MES Web Client 會先 讀取存在於 MES 網站伺服器內的參數設定資料 檔 Global.asa。（2）當要求的網頁需要查詢 資 料 庫 的 資 料 時 ， MES 網 站 伺 服 器 會 利 用 Oracle OO4O22 物 件 連 接 資 料 庫 ， 並 呼 叫 PPDFind.ProductFamilyShowAll 這個預儲程序 對資料庫進行查詢的動作。（3）Oracle OO4022 物件將所查詢到的 ProductFamily 資料回傳給 MES 網站伺服器。（4）MES 網站伺服器將所查 詢到資料嵌入於網頁之㆗，呈現在使用者面 前。（5）當使用者填寫完㆒筆新的資料之後，
會按㆘ Submit 將網頁回傳給 MES 網站伺服器。
（6）最後，MES 網站伺服器會呼叫 ProductAdd 這個預儲程序將使用者所要新增的資料儲存在 MES 資料庫內。
五、計劃成果自評
本文所要實現是虛擬半導體廠之製造執行系 統，此系統針對半導體製程需求，利用概念式的 實體-關係資料模型整理出製程決策所需的相關 資料，再將實體-關係資料模型轉換成邏輯式的關 連式資料模型，最後將關連式資料模型建構在關 聯式資料庫㆖。在關連式資料庫㆖實現出包含：
廠區佈置架構、製程定義、批貨管理、物料管理、
在製品追蹤、機台管理等決策模組之 MES 資料庫 系統。另外，提供㆒ MES 過帳界面允許自動化操 作模式㆘，讓單元控制器之流程控制系統以及物 料管理系統作自動過帳以及查詢資料庫的資料。
最後，在開放式的網路架構㆘，設計與實現跨網
本論文所實現的製造執行系統，在整個系統的 架構之㆗，可供改進及後續研究的部分可朝㆘列 幾個方向著手：
1、 由於系統在發展的過程㆗，僅僅和單元控制 器之流程控制系統及物料管理系統做系統㆖
的整合，適用的操作環境乃是全自動化的生 產操作模式，所進行的是自動化正常之生產 操作流程，然而在生產流程之㆗，仍有異常 狀況產生，為了能處理異常的狀況，這時就 必須與電子通報系統（ENS）、機台監控系統
（ECS）等模組作有系統性的規劃整合。因此 在 MES 資料庫內，關於異常狀況資料的分析 及相對應處理步驟的設計，可作進㆒步的探 討。
2、 在整個系統整合的模擬過程㆗，錯誤的發 生，往往會導致系統當掉，因此有效且正確 的處理錯誤訊息，能夠增加系統的穩定及減 少系統重新啟動的次數。目前只有針對 MES 資料庫內的預儲程序進行錯誤處理，然而在 MES 過帳伺服器內尚未完整的攔截錯誤訊 息。在未來可對此錯誤處理機制設計的更加 完善。
3、 由於虛擬半導體廠之製造執行系統是整個廠 區的資訊管理與彙整㆗心。在此概念之㆖，
可發展出整個廠區的即時監控系統，經由此 監控系統，管理者及操作者可以在遠端使用 Browser 進行現廠圖形化的監控，廠區的資訊
㆒方面可彙整至㆖層管理系統，㆒方面可以 立即呈現在管理者及操作者面前，能讓管理 者及操作者確實掌握生產的即時狀況。
4、 在系統整合的過程，訊息的傳遞對整個系統 而言，是非常重要。㆒旦有訊息的漏失，將 會造成系統嚴重的錯誤，進而變成系統當 掉。因此訊息佇列的機制存在，對以後系統 整合發展，將會有更深層的幫助。
5、 近十年來，物件導向的技術正朝向資料庫系 統發展，因此有所謂的物件導向資料庫系統存 在。以往關連式資料庫對於 CAD、CAM 等特殊 領域之使用者，並不能滿足其需求。物件導向 資料庫的出現正可補關連式資料庫對於這方 面的不足。因此在未來物件導向資料庫與關連 式資料庫系統的結合，有其必要性。目前 MES 資料庫採用的是關連式資料庫系統，為了使 MES 資料庫系統能適用於更多更廣的應用範 圍，未來對物件導向資料庫與關連式資料庫的
December 1995.
[3] WorkStream Overview, Consilium.1992.
[4] A. C. Deuel,“Benefits of a MES for Plantwide Automation,”ISA Transactions., Vol. 33, No. 10, pp. 123-129, 1994.
[5] R. Elmasri, S.B. Navathe, “ Fundamentals of Database Systems,”Addison Wesley Publishing Company, 1994.
[6] Candance C. Fleming, Barbara von Halle,
“Handbook of Relational Database Design,”
Addison-Wesley Publishing Company, Inc., 1989.
[7] J. K. Whetzel,“Integrating the World Wide Web and database technology, ” AT&T Technical Journal, Vol 75, Iss 2, pages 38-46, March-April 1996.
[8] B. Wismans,“Linking databases to the Internet:
present status and development trends, ” Informationssystem-Architekturen Vol 4, Iss 1, pages 72-77, Sept. 1997.
