1、MES系统在U公司的角色与作用
半导体制造是典型的技术密集型的高科技制造行业，其产品种类繁多、工艺流程复杂，且随着现代集成电路的问世与制程技术的不断进步，晶圆尺寸越来越大，而线宽越来越小，使得数以百万的电子元件能够成功整合进一片IC内，同时也对生产过程的精准性提出了更高的要求与挑战。
U公司作为世界第二大晶圆代工企业每个制造厂设立之初就开始实施了MES系统，其后再依据生产需要，遇到的问题不断的进行二次开发和系统升级。发展到现在，MES已成为U公司整个CIM(Computer Integrated Manufacturing)系统的核心(如图1所示)，整个公司所有的生产活动都围绕着MES，是整个公司其他支持管理系统的基础，它相当于一个信息集线器，一个通讯工具，为其它应用系统提供控制层的实时数据，通过这套系统可以进行精密的数据采集，用于生产的实时监控，实时指挥、质量的在线控制、设备的预防维修等等，借以达到高质量的生产水平。
图1 U公司CIM系统
U公司的MES系统，以半导体企业的行业特色为背景，贯彻以财务为中心、成本控制为核心的理念，贯彻按客户定单组织生产、全面质量管理的理念，实现全过程的一贯质量管理、一贯计划管理、一贯材料管理以及整个合同生命周期的动态跟踪管理，以缩短成品出厂周期以及生产周期，提高产品质量和档次。
2、半导体制造流程简介
半导体制造过程是相当复杂的过程，主要分为六大类：光学显影(Lithograph)，蚀刻技术(Etch)，化学气相沉积(CVD，Chemical Vapor Deposition)， 物理气相沉积(PVD，Physical Vapor Deposition)， 离子植入(Ion Implant) 以及化学机械研磨技术(CMP，Chemical Mechanical Polishing)。对于一个半导体对于一个半导体产品而言， 需要重复几次甚至是几十次上述循环。不同的半导体器件产品由于实功能的不同，于是产品的6大制程顺序与组合就会大相径庭； 图2所示的是某一高端65纳米制程产品的生产制造流程。从图2中可以看出这个高端产品制程多次使用了6大制程技术，并且生产流程中穿插使用6大生产制程。
图2 某一高端65纳米制程产品的生产制造流程
图2所示为生产的主要功能步骤，如此繁复的生产过程，为了保证产品质量，及时发现缺陷产品，采取补救措施，U公司在各个主要生产功能步骤的中间都穿插着不同的量测站点，用以检验生产功能步骤的准确度。例如，在化学研磨前会先测量品圆的厚度(此为前值)，化学研磨后会再次测量晶团的厚度(此为后值)，用前值减去后值便会得出此次研磨掉的厚度。当检测出的数值超出规格，U公司的统计过程控制系统(简称SPC系统：Statistical Process Control)控制图中此点的波动便会超出管控范围。
那么什么是Process Flow？
Process Flow简单来说就足制造过程中各个生产及量测步骤的集合，即一片单晶硅片从投片开始到最后具有逻辑功能的产成品晶圆所经历的制造步骤，它包含产品每个步骤应执行的机台类型，制程Recipe，量测何种数据及管控规格，所属负责单位，某些步骤之间的时效限制等等所有产品在生产线信息。
3、企业面对的困难与挑战
MES系统作为U公司整个生产活动的核心基础，要求执行每一步的数据都要非常的精准，不可以有一分一毫的偏颇差异。一旦MES执行错误的指令轻则导致产品重工(Rework)，重则导致产品报废，浪费资源，增加成本，加长生产周期，引起客户不满，甚至流失客户。而MES所执行的一切数据信息均来源于ProcessFlow，这便要求ProcessFlow在建立和修改的过程中必须极度的精准。且由于半导体产品种类型号繁多，一个半导体制造厂通常有上百甚至上千种型号的产品同时在线生产，企业也为了保持竞争力不断的研发新产品，这就说明一个半导体制造厂同时存在上百上千条ProcessFlow需要不断改进维护，加上半导体产品生命周期短的特性，ProcessFlow的建立、修改以及旧Flow的归档都是不断频繁的发生。
U公司Process Flow的维护主要由两大部门管理。为了提升产品量率或降低生产成本，工程部的工程师通过不断实验得出有效数据提出需求修改Process Flow。质量保证部门负责审核实验数据并根据工程师的要求建立或修改Process Flow。目前U公司建立或修改流程为：工程师提出修改需求——〉QA/MES小组检查是否符合规则并向申请者确认任何有疑义的部分——〉相关部门对修改内容部门进行审核会签，若涉及到客户级别的修改还需客户同意——〉OA/MES小组前期FlowChart设定并根据修改内容分类整理参数——〉申请者根据生产线上在制品当前所处的步骤位置及需求判断是将目前产品先停下等待新参数执行，还是等待线上产品跑过某一步骤后才让新参数执行(处理生产线上在制品)——〉CtA/MES小组将新数据上传到数据库，并从数据库中下载最新的数据资料(依然为pending状态)与申请者的需求做对比确认——〉申请者确认结果——〉QA/MES组内其他成员Double Check结果——〉Active Flow——〉QA/SPC组根据修改内容设定SPC管控图用以监控生产线上产品的相关规格数据，一旦MES反馈回的数据不符合Flow设定的要求，SPC便会报警。
目前，U公司ProcessFlow的建立或修改流程依然采用人工手动输入和上传工具辅助的模式，这样就存在的以下问题：
(1)周期长。ProcessFlow涉及的部门广泛，在确认修改前要经过相关部门的同意，因此当工程师改好的ProcessFlow需要进行跨部门的会签，会签流程耗时长。另外由于人为疏失会造成不可估量的损失，工艺流程的数据输入人员承担的风险责任大，造成员工压力大，为避免或减少错误发生需反复确认数据的正确性，甚至有些步骤中强制要求请其他同事帮忙double check，效率低下，致使ProcessFlow建立或修改的周期长，引起客户不满，影响公司的反应能力。
(2)协同效应差。U公司有几百个工程师会对ProcessFlow提出修改需求，每个人的理解方式都存在偏差，修改相同内容却有着千差万别的表述方式，对Flow修改人员产生困扰。提供错误数据或输入人员跟工程师对修改表述上理解不一致，沟通不佳等问题都会导致数据偏差，因表述有歧义问题造成退单、重改屡见不鲜，造成效率低下；延长修改周期。
(3)参数种类繁多。现在U公司ProcessFlow的参数种类繁多，需数据输入人员人工分类，并按分类类别整理成上载文件，不同分类的参数由不同的数据上载工具上载，密密麻麻的数据在整理分类过程中极易出错。
4、企业对困境的解决方案
由于半导体企业业务本质具有高风险：产品生命周期短、价格不断的下滑、频繁的设计变更和矩阵式的竞争压力，产品既复杂又精密，而对流程的要求变得越来越精确，与此相对应的落后的ProcessFlow的建立修改方式，已经阻碍了企业的进一步发展，因此U公司提出了以下针对性的解决方案：
(1)短期策略：成立ProcessFlow提单小组。U公司于2010年12月开始成立专门的ProcessFlow修改提单小组，并由质量保证部门对其培训，讲解Flow修改的规则，定义每种表述符号代表修改的内容。因提单小组只有4人，较容易形成统一的修改表述，且将与工程师沟通部分转移至提单小组，工程师只需将要改成的结果交付提单小组，提单小组便知道如何表述修改，大大缩短了ProcessFlow的修改周期，也降低了退单率。如图3所示至2011年6月ProcessFlow修改周期已经有了明显改善，由原来的23.8天逐月下降到15.2天。
图3 2011年上半年Process Flow修改统计报告
(2)长期策略：建立PRP(Process Plan)系统，使ProcessFlow数据输入模块化。A.在PRP系统中预设好修改类型的短语，并附加解释，提单者在提申请时只需选择自己需要的类型短语，解决表述差异无法协同作业的问题。B.PRP系统根据修改类型自动分类参数类型。减少人为分类整理的失误。C.申请者修改到关联步骤时弹出对话框提醒申请者做到关联修改。
5、总结
U公司在建立MES系统的初期为考虑到Process Flow的维护中存在的问题，过于注重生产执行层面，发展到现在整个MES系统已经发展出很多边缘系统，且各个系统之间存在着这样那样的关联，使得PRP系统的建立具有很大的局限性，因此U公司PRP系统的设立虽然已经提上日程，但依然任重而道远。
希望这篇文章能给国内仍在发展中的半导体制造企业一点启示，及早解决数据输入问题。
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