計算機集成制造體系中的高級制程控制

周麗軍

設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。作為連接制造執行系統和設備之間的橋梁，設備自動化程序可以對即將在設備加工的物料與制造執系統相連接，以確認是否應該在此設備進行加工，而管理晶片的制程配方以及設備過程參數收集抑或對配方參數進行及時調整，都是設備自動化控制程序不能實現的，因此產生的高級制程控制系統就是對設備自動化控制程序的補充和加強。

一、計算機集成制造系統概況

計算機集成制造，指在所有與生產有關企業中集成地用電子數據處理，包括了在生產計劃和控制、計算機輔助設計、計算機輔助工藝規劃、計算機輔助制造、計算機輔助質量管理之間信息技術上的協同工作，其中為生產產品所必需的各種技術功能和管理功能實現集成。計算機集成制造技術是基于現代管理技術、制造技術、信息技術、自動化技術、系統工程技術的一門綜合性技術。1991年日本能率協會提出計算機集成制造的定義為：為實現企業適應今后企業環境的經營戰略，有必要從銷售市場開始對開發、生產、物流、服務進行整理優化組合。計算機集成制造是以信息作為媒介，用計算機把企業活動中多種業務領域及其職能集成起來，追求整體效率的新型生產系統。

制造執行管理系統是企業計算機集成制造系統信息集成的紐帶，是實施企業敏捷制造戰略和實現車間生產敏捷化的基本技術手段。制造執行管理系統的定位，是處于計劃層和現場自動化系統之間的執行層，主要負責車間生產管理和調度執行。制造執行系統采用強大數據采集引擎、整合數據采集渠道覆蓋整個工廠制造現場，保證海量現場數據的實時、準確、全面的采集；打造工廠生產管理系統數據采集基礎平臺，具備良好的擴展性；全面完整的產品追蹤追溯功能；生產WIP狀況監視；實時、全面、準確的性能與品質分析SPC；個性化的工廠信息門戶，隨時隨地都能掌握生產現場實時信息.

在計算機集成制造系統中以制造執行系統為核心，設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。設備自動化程序擔負著單元控制器或設備使用界面的作用。設備自動化程序向上與制造執行系統集成，向下與設備系統集成。

二、計算機集成制造系統中的設備自動化程序

采用自動化技術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的情況下按規定的程序或指令自動進行操作或控制的過程，其目標是“穩，準，快”。自動化技術廣泛用于工業、農業、軍事、科學研究、交通運輸、商業、醫療、服務和家庭等方面。設備自動化程序是目前8英寸以上晶片廠制程品質管理上不可或缺的程序，而由此衍生的各個控制系統，是對設備自動化程序系統加強、完善、提高和補充，從品質管理到提高效率，從節省人力到提高良率都提供了強大的支撐。每一批物料生產前后都會經由設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，一旦發現異常情形，這批料將暫停生產工藝加工，以防止錯誤的操作以及整批料報廢等嚴重后果發生。設備自動化程序系統與制造執行系統相結合，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資料統計、分析晶片、機臺的狀態。而控制系統在整個過程中扮演了非常重要的角色。

單獨的設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定的環境、狀態生產晶片的情形，并沒有及時有效地監控。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。目前國內外大多數晶片廠以SPC（Statistical Process Control）系統監控機臺狀態。SPC系統是通過每天定時給機臺做一次監控（Monitor），把監控過程中在測量機臺上的量測結果作為監測機臺狀態的依據。

設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鍵的作用，可以自動與各控制系統連接直接控制設備，并直接獲取物料在設備上加工的各項參數，而且這個參數是實時收取。設備自動化程序大大降低了人為操作失誤的概率，節省了在計算和數據收集上的大量人力，對各種機型的不同加工需求進行整合統一，為用戶提供了統一的控制界面，方便了用戶快速上手操作，并能夠對設備加工過程數據進行實時收集、整理，盡可能的減少用戶操作復雜性。設備自動化程序還為提高良率、增加產量、提高設備利用率做出了極大貢獻。

三、高級制程控制系統

高級控制系統，是對設備自動化程序系統加強、完善、提高和補充，用來實現設備自動控制系統無法直接完成的更加強大的功能。設備自動化程序能夠實時地與機臺進行通訊，通過與制造執行系統的信息交互實現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、機臺實時狀態的監控、機臺報警信息處理、機臺空閑時間管理、量測機臺的選片規則等等則不可能完全由作為單元控制器的設備自動化程序完成，此時就需要有與設備自動化程序相關聯的服務應用程序來完成，這就是各個高級控制系統。

應用成熟的高級制程控制系統如智能機臺監測系統，通過設備自動化程序實時從設備獲取加工過程參數，并將這些數據根據不同設備類型分別存儲，為用戶提供友好用戶界面，方便用戶根據不同設備不同產品不同特性設置管控限制，用于實現對機臺的實時監控，及時了解設備狀態并能及時反饋，或停止作業或發出通知，系統還提供了數據分析功能，圖表功能等；工藝程序管理系統，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、質量、特性等，一旦用錯配方或工藝中關鍵參數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，通過整合制造執行系統反饋的量測信息以及機臺當前配方關鍵參數值，根據特定公式計算出關鍵參數應調整值，直接反饋給機臺設定成該調整值。

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