半導體制程中LPCVD的派工方案

摘 要：半導體制造業是全球發展最快最先進的行業之一，其產品種類繁多、工序繁瑣、物料清單復雜，對設備的利用率有較高要求。這本文根據半導體LPCVD特有的生產流程，考慮半導體代工廠的制品加工特性、產能、資源利用率、優先級、制品來料預測等多種約束限制，通過將半導體生產的派工問題建模，解決生產過程中遇到的瓶頸設備產能不足，延緩制品流通時間等問題，解決實際的生產控制問題提供了非常有價值的解決方案。

關鍵詞：半導體制造；生產派工；LPCVD

中圖分類號：TD745 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 18-0159-01

電路制作是在硅片的基礎上制成一層層的電路的過程，因為線路極其細微，其制造過程也就有很高的難度，生產上是使用類似照相技術的報光，顯影，蝕刻，沖洗的方法來實現的。LPCVD（Low Pressure CVD）低壓化學氣象淀積，目前常用的EPRROM通常采用SONOS結構用于電荷的存儲，其中的氮化膜就是通過LPCVD設備生長出來的，我們把生長氮化膜的設備命名為LPN，低壓SiN淀積、主要用于電容介質、氧化掩膜。

其反應方程式：SiH2CL2+NH3→Si3N4+By Products（SiN）

LPCVD設備內部是一根垂直于地面的爐管，外圍包裹著一層外管作為保護，內部是制品的反應區，一共有4個位置用來給制品生長氮化膜。稱為生長區，生長區上下有dummy區用來放置參考片，反應后可以通過參考片讀取爐管內溫度，氣體流量，壓力，回轉速，入出爐速度等環境參數。由于SONOS產品的膜厚和品質要求很高，所以對顆粒的敏感度較高，由于爐管內部較長，主要受氣相反應，排氣能力不足，部件劣化及維護頻度不足，氣體間置換不足產生的顆粒影響。

為了避免顆粒對制品的品質帶來影響，主要通過對爐管內部的位置來限定產品種類，使產品滿足顆粒數量的要求。

LPNCVD設備設計之初有4個制品區，每個制品區有25個位置各可以放置1枚wafer，理論上一共可以放置100枚wafer同時作業，但由于爐管內部的環境差異性，每一枚wafer所處的位置上的環境都是有細微差別的，那么要保持產品的品質，就要對不同的產品特性區分合適的環境位置來作業。通過大量實驗對比發現整個爐管內大致有3個區域環境相對穩定。每個區域13個位置，分別是：

（1）第1個區域的下面7個位置，第2個區域的最上面8個位置合并為第一區域成為TOP區。

（2）第2個區域的下面7個位置，第3個區域的最上面8個位置合并為第一區域成為CEN區。

（3）第3個區域的下面7個位置，第4個區域的最上面8個位置合并為第一區域成為BTM區。

合計39個位置可以同時放置Wafer作業。

派工原理：

爐管因為要多個制品一起作業，因此在安排作業的方法上和其他設備安排作業的方法有一些不一樣的地方，通常我們要把同條件，同限定的產品按照組批限定先組合在一起，把同一組里面的制品的最長等待時間或者平均等待時間，最高等級或者平均等級，組內制品數量，組內限定作業的數量等作為整組制品的特征參考。把限定數量最多的制品組放在最優先作業，限定數量最少的組放在后面作業。在同等條件下依次考慮組的數量，組的等級，組的等待時間等條件。最終按組排序作業制品，具體操作流程如下：

第1步：讀取出當前制品的數量，等待時間，制品等級（緊急程度從小到大代表由緊急到寬松），根據產品的名稱計算出在每個制品對應的限定數量。

第2步：給制品排序：首先按照限定數量排序->限定數量相同的制品按照制品等級排序->前兩項相同的制品按照等待時間長短排序。

第3步：從上往下為對應設備依次找匹配lot作業，從第一個制品開始，第一個制品可以再LPN151設備的中間位置作業，接下來我們要找到兩個分別可以再LPN151頂部，和LPN151底部作業的制品組合成一個組，然后我們把這3個lot的參數讀取出來，組的lot數量是3個，組的等待時間是3.85小時（取最大值），組的等級是A5（取最小值），然后給組一個編號“1”。依次向下找尋直到所有的制品都被編組完成。因為有時候找不到正好滿足某臺設備滿位置作業的組員只能為兩個或者一個制品單獨編組。

第4步：為所有制品建組完成之后，再依據組中制品的數量，組的等級，組的等待時間，組的順序排序。

在運行一段時間之后我們發現和在LPN并未成為移動瓶頸設備的時候，可以根據來料的預測有效的提升設備的利用率并且降低制品的等待時間。于是我們又增加了來料預測的數據在工具中。通過對未來到LPN設備的制品的參數預測，加上預期到達時間給出新版的LPN派工工具。使得LPN制品流通更加順暢。

本方法是在電子表格里建立生產能力模型，綜合考慮未來預測期間的生產時間、機器的利用率、可利用率以及機器的生產率以得出制品的派工順序，和以前當生產能力不足時，根據經驗決定某些產品可以放在那些設備上面生產決定制品派工順序大大提升了設備的利用率，提升了制品的流速度，降低的制品的等待時間。

從2013/7/14日開始實施LPCVD派工系統運行到2013/9/1制品在LPCVD前的平均等待時間從之前的11.69小時降低到10.34小時，流通速度提升11.55%。

在制品流通加速的同時也體現在設別利用率的提升方面，之前爐管的每次作業枚數在27枚，派工后爐管每次作業枚數上升到34枚，爐管的填充效率提升了26%，節省工業用氣，用電26%，提升了產品的經濟效益。降低了產品的生產成本。

目前LPCVD的派工模型相對于之前人工憑感覺派工提升了效率，節約了成本，但是由于算法的原因給出的派工組合可能不是最優解，將來我們仍有可能通過優化算法來提升產品的流通速度，和設備的利用效率。

參考文獻：

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[作者簡介]侯剛（1979.07-），男，江蘇人，工程碩士，研究方向：微電子。