上海交通大学 硕士学位论文 半导体制造设备产能管理系统的设计与实现 姓名：章媛媛 申请学位级别：硕士 专业：软件工程 指导教师：王东;徐国良 20100108 半导体制造设备产能管理系统的设计与实现 1 半导体制造设备产能管理系统的设计与实现半导体制造设备产能管理系统的设计与实现 摘摘 要要 随着半导体芯片制造设备的尺寸大直径化、设备的高精度化、自动化，设备价格日 益昂贵化，设备折旧与维修占芯片加工总成本的最大比重，因此设备效率和设备能力能 否达到其最大利用率是决定芯片制造成本的重要因素之一。 目前许多半导体制造企业中 的计算机集成制造 CIM（Computer Integrated Manufacturing）系统中无法提供设备产能 计算的相关数据，从而无法及时发现问题、解决问题并且做出相应的决策。 本文利用 CIM 系统中与半导体制造设备联系最紧密的设备自动化程序 EAP （Equipment Automation Program），应用 SECS（SEMI Equipment Communication Standard） 通信协议以事件驱动的方式自动收集设备产能计算所需的设备生产运行数据， 作为 CIM 系统中的 EAP 与设备产能管理系统的最底层的接口，并以事先定义好的格式 写入日志文件中。利用 PERL 语言在数据库连接与操作、文本读取与解析、动态调用外 部模块以及支持多平台的强大功能， 通过读取数据库里定义的配置定期自动抓取分布在 公司局域网中各个电脑上的 EAP 的日志文件，并运用此语言便捷的文本解析处理技术 对日志文件作分析处理以获取所需数据并把相关数据存入数据库。 重点分析和研究了某 一类型的设备的工作运行模式，并在此基础上抽象出此类型设备产能计算的数学模型。 运用数据库服务器端编程 PL/SQL 语言中的存储过程对此数学模型进行系统上的实现， 计算出以设备每小时的晶圆产出量 WPH（Wafers Per Hour）衡量的设备产能数值。 本文首先对半导体制造业的 CIM 系统以及设备产能管理方面的技术做了综述；其 次总结分析了设备产能管理系统的需求和挑战， 并在此基础上归纳出设备产能管理系统 所应具备的功能体系框架；然后提出系统实现所需的技术和通讯协议；最后描述了设备 产能管理系统的架构及其实现方法。 关键词关键词 设备产能，计算机集成制造，设备自动化 半导体制造设备产能管理系统的设计与实现 2 The Design and Implementation of Semiconductor Manufacturing Equipment Throughput Management System ABSTRACT With the large-diameter size of silicon wafer, increasingly automatic and expensive equipment, equipment depreciation and maintenance accounted for the largest share of total costs of silicon manufacturing. So the fact whether equipment efficiency and equipment capacity can make the maximum utilization is one of the most important factors of manufacturing cost. Currently, CIM (Computer Integrated Manufacturing) system in many semiconductor manufacturing companies can not provide equipment capacity and throughput data, making it impossible to detect and solve problems in time and make corresponding decisions. In this paper, EAP (Equipment Automation Program), most closely linked with semiconductor manufacturing equipment in CIM system, was used to collect equipment process data required for capacity and throughput calculation with application of SECS(SEMI Equipment Communication Standard) communication protocol in event-driven way. And it was regarded as the interface between CIM system and WPH(Wafers Per Hour) management system. The equipment process data was recorded in daily log file with pre-defined format. With advantages of PERL language in database connection and operation, the text reading and parsing, dynamic invocation of external modules and the power of multi-platform support, PERL was used to retrieve EAP log files automatically from distributed computers in FAB by reading configuration in database, and parse log file for analysis and processing to obtain and store the required data into the database. And then a certain type of equipment was selected for study equipment operating mode, and abstract mathematical modeling for calculating capacity and throughput. Stored procedure of PL/SQL language in database server-side was used to implement mathematical modeling of this system in order to calculate WPH. The contents of this paper are organized as follows: Firstly, we summarize the technologies which will be used in CIM and equipment throughput management. Secondly, by analyzing the traits of equipment throughput management as well as the challenges encountered, we summarize the function architecture of the equipment throughput management system. And then we come up with required technologies and communication protocols for system. Finally, we introduce our equipment throughput management 半导体制造设备产能管理系统的设计与实现 3 architecture and implementation solution. Keywords WPH, CIM, EAP 半导体制造设备产能管理系统的设计与实现 55 上海交通大学上海交通大学 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许 论文被查阅和借阅。 本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存和汇编本学位论文。 保密，在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名：章媛媛 指导教师签名：王东 日期：2010 年 1 月 8 日 日期： 2010 年 1 月 8 日 半导体制造设备产能管理系统的设计与实现 56 上海交通大学上海交通大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 章媛媛 日期： 2010 年 1 月 8 日 半导体制造设备产能管理系统的设计与实现 1 1 绪绪 论论 1.1 背景意义背景意义 半导体产业是中国经济和社会发展的战略性高技术产业。几年来，凭借巨大的市场 需求、较低的生产成本、丰富的人力资源，以及稳定的经济发展和优越的政策扶持等众 多优势条件， 国内的半导体产业得到了飞速的发展。 随着行业中各企业功能的不断细分， 半导体的制造企业由它们不同的经营模式可以分为两大类： 一类是以生产自行研发的集 成电路产品为主的 IDM（Integrated Device Manufacturer），它以 Intel，AMD，NEC 等 为代表；还有一类就是以客户芯片加工为主的代工 Foundry，它以 TSMC，UMC 等为代 表。从目前的发展角度来看，后者的势头越来越迅猛。随着此类代工企业的生产规模不 断地扩大，制造工艺不断复杂、芯片的集成度也越来越高。 半导体制造设备是发展半导体工业和技术的关键。 每一代半导体产品不仅由相应一 代的技术、工艺来支撑，而且还由相应一代的制造设备来保障。半导体工业极大依赖于 半导体制造设备的投资，而且是同步增长的。随着设备的硅片尺寸大直径化、设备的高 精度化、自动化，设备价格日益昂贵化，工艺线的设备总投资更是成倍地增长。对工艺 线来说，在设备投资加大的同时，设备折旧的负担也加大，设备折旧与维修占硅片加工 总成本的最大比重， 设备效率和设备能力能否达到其最大利用率是决定硅片成本的重要 因素之一1。美国半导体制造技术战略联盟曾指出：将来由于晶圆尺寸，特征线宽和良 率这三方面潜在影响的减小，设备效率的提高将显得更为重要。因此设备效率和设备能 力已成为半导体制造者非常关心