計算機集成制造體系中的高級制程控制

周麗軍

設(shè)備自動化控制是目前8英寸以上晶片廠制程管理上不可或缺的程序，而僅僅設(shè)備自動化程序并不足以完成全部的制程控制。作為連接制造執(zhí)行系統(tǒng)和設(shè)備之間的橋梁，設(shè)備自動化程序可以對即將在設(shè)備加工的物料與制造執(zhí)系統(tǒng)相連接，以確認是否應(yīng)該在此設(shè)備進行加工，而管理晶片的制程配方以及設(shè)備過程參數(shù)收集抑或?qū)ε浞絽?shù)進行及時調(diào)整，都是設(shè)備自動化控制程序不能實現(xiàn)的，因此產(chǎn)生的高級制程控制系統(tǒng)就是對設(shè)備自動化控制程序的補充和加強。

一、計算機集成制造系統(tǒng)概況

計算機集成制造，指在所有與生產(chǎn)有關(guān)企業(yè)中集成地用電子數(shù)據(jù)處理，包括了在生產(chǎn)計劃和控制、計算機輔助設(shè)計、計算機輔助工藝規(guī)劃、計算機輔助制造、計算機輔助質(zhì)量管理之間信息技術(shù)上的協(xié)同工作，其中為生產(chǎn)產(chǎn)品所必需的各種技術(shù)功能和管理功能實現(xiàn)集成。計算機集成制造技術(shù)是基于現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)的一門綜合性技術(shù)。1991年日本能率協(xié)會提出計算機集成制造的定義為：為實現(xiàn)企業(yè)適應(yīng)今后企業(yè)環(huán)境的經(jīng)營戰(zhàn)略，有必要從銷售市場開始對開發(fā)、生產(chǎn)、物流、服務(wù)進行整理優(yōu)化組合。計算機集成制造是以信息作為媒介，用計算機把企業(yè)活動中多種業(yè)務(wù)領(lǐng)域及其職能集成起來，追求整體效率的新型生產(chǎn)系統(tǒng)。

制造執(zhí)行管理系統(tǒng)是企業(yè)計算機集成制造系統(tǒng)信息集成的紐帶，是實施企業(yè)敏捷制造戰(zhàn)略和實現(xiàn)車間生產(chǎn)敏捷化的基本技術(shù)手段。制造執(zhí)行管理系統(tǒng)的定位，是處于計劃層和現(xiàn)場自動化系統(tǒng)之間的執(zhí)行層，主要負責車間生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行。制造執(zhí)行系統(tǒng)采用強大數(shù)據(jù)采集引擎、整合數(shù)據(jù)采集渠道覆蓋整個工廠制造現(xiàn)場，保證海量現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時、準確、全面的采集；打造工廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)平臺，具備良好的擴展性；全面完整的產(chǎn)品追蹤追溯功能；生產(chǎn)WIP狀況監(jiān)視；實時、全面、準確的性能與品質(zhì)分析SPC；個性化的工廠信息門戶，隨時隨地都能掌握生產(chǎn)現(xiàn)場實時信息.

在計算機集成制造系統(tǒng)中以制造執(zhí)行系統(tǒng)為核心，設(shè)備自動化程序為橋梁，各個類型機臺為主體完成整個制造過程。設(shè)備自動化程序擔負著單元控制器或設(shè)備使用界面的作用。設(shè)備自動化程序向上與制造執(zhí)行系統(tǒng)集成，向下與設(shè)備系統(tǒng)集成。

二、計算機集成制造系統(tǒng)中的設(shè)備自動化程序

采用自動化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴展人的器官功能，極大地提高勞動生產(chǎn)率，增強人類認識世界和改造世界的能力。機器或裝置在無人干預(yù)的情況下按規(guī)定的程序或指令自動進行操作或控制的過程，其目標是“穩(wěn)，準，快”。自動化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學研究、交通運輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)和家庭等方面。設(shè)備自動化程序是目前8英寸以上晶片廠制程品質(zhì)管理上不可或缺的程序，而由此衍生的各個控制系統(tǒng)，是對設(shè)備自動化程序系統(tǒng)加強、完善、提高和補充，從品質(zhì)管理到提高效率，從節(jié)省人力到提高良率都提供了強大的支撐。每一批物料生產(chǎn)前后都會經(jīng)由設(shè)備自動化程序做確認動作，并且管理晶片的制程配方及控制機臺操作，一旦發(fā)現(xiàn)異常情形，這批料將暫停生產(chǎn)工藝加工，以防止錯誤的操作以及整批料報廢等嚴重后果發(fā)生。設(shè)備自動化程序系統(tǒng)與制造執(zhí)行系統(tǒng)相結(jié)合，控制每一批料的正常加工流程，并通過量測機臺反饋的相關(guān)資料統(tǒng)計、分析晶片、機臺的狀態(tài)。而控制系統(tǒng)在整個過程中扮演了非常重要的角色。

單獨的設(shè)備自動化程序是在每批物料與物料之間做控制，對于因為機臺處于不穩(wěn)定的環(huán)境、狀態(tài)生產(chǎn)晶片的情形，并沒有及時有效地監(jiān)控。這種情形不僅增加晶片的返工（Rework）、報廢（Scrap）的幾率，也不利于對機臺的及時、有效管理。目前國內(nèi)外大多數(shù)晶片廠以SPC（Statistical Process Control）系統(tǒng)監(jiān)控機臺狀態(tài)。SPC系統(tǒng)是通過每天定時給機臺做一次監(jiān)控（Monitor），把監(jiān)控過程中在測量機臺上的量測結(jié)果作為監(jiān)測機臺狀態(tài)的依據(jù)。

設(shè)備自動化程序在物料在某個機臺上的加工過程中起到了非常關(guān)鍵的作用，可以自動與各控制系統(tǒng)連接直接控制設(shè)備，并直接獲取物料在設(shè)備上加工的各項參數(shù)，而且這個參數(shù)是實時收取。設(shè)備自動化程序大大降低了人為操作失誤的概率，節(jié)省了在計算和數(shù)據(jù)收集上的大量人力，對各種機型的不同加工需求進行整合統(tǒng)一，為用戶提供了統(tǒng)一的控制界面，方便了用戶快速上手操作，并能夠?qū)υO(shè)備加工過程數(shù)據(jù)進行實時收集、整理，盡可能的減少用戶操作復雜性。設(shè)備自動化程序還為提高良率、增加產(chǎn)量、提高設(shè)備利用率做出了極大貢獻。

三、高級制程控制系統(tǒng)

高級控制系統(tǒng)，是對設(shè)備自動化程序系統(tǒng)加強、完善、提高和補充，用來實現(xiàn)設(shè)備自動控制系統(tǒng)無法直接完成的更加強大的功能。設(shè)備自動化程序能夠?qū)崟r地與機臺進行通訊，通過與制造執(zhí)行系統(tǒng)的信息交互實現(xiàn)機臺處理批料自動化，而對物料的工藝程序完全管理、物料在機臺上的處理批料流程、機臺實時狀態(tài)的監(jiān)控、機臺報警信息處理、機臺空閑時間管理、量測機臺的選片規(guī)則等等則不可能完全由作為單元控制器的設(shè)備自動化程序完成，此時就需要有與設(shè)備自動化程序相關(guān)聯(lián)的服務(wù)應(yīng)用程序來完成，這就是各個高級控制系統(tǒng)。

應(yīng)用成熟的高級制程控制系統(tǒng)如智能機臺監(jiān)測系統(tǒng)，通過設(shè)備自動化程序?qū)崟r從設(shè)備獲取加工過程參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)根據(jù)不同設(shè)備類型分別存儲，為用戶提供友好用戶界面，方便用戶根據(jù)不同設(shè)備不同產(chǎn)品不同特性設(shè)置管控限制，用于實現(xiàn)對機臺的實時監(jiān)控，及時了解設(shè)備狀態(tài)并能及時反饋，或停止作業(yè)或發(fā)出通知，系統(tǒng)還提供了數(shù)據(jù)分析功能，圖表功能等；工藝程序管理系統(tǒng)，在物料加工制作過程中工藝是極為重要的，它決定了物料的功能、質(zhì)量、特性等，一旦用錯配方或工藝中關(guān)鍵參數(shù)值不合理便會影響整批物料的良率甚至報廢。薄膜制程控制系統(tǒng)，通過整合制造執(zhí)行系統(tǒng)反饋的量測信息以及機臺當前配方關(guān)鍵參數(shù)值，根據(jù)特定公式計算出關(guān)鍵參數(shù)應(yīng)調(diào)整值，直接反饋給機臺設(shè)定成該調(diào)整值。

由此也能看出高級制程控制系統(tǒng)有完成特定的功能，針對性強，應(yīng)用范圍廣，可擴展性強，實時性強等特點，為設(shè)備自動化控制程序提供了強大的技術(shù)支撐、數(shù)據(jù)計算分析支撐和增強了自動化的準確性和實時性。