摘要:在不需要将晶圆过渡到大尺寸,也可实现fab和设备生产效率的重大改进。

　　半导体产业界讨论的话题经常涉及fab生产率,以及450mm晶圆的必要性等问题。这些意见使很多人多少有些紧张,因为具有讽刺意味的是,这种向更大尺寸晶圆的过渡一直伴随着生产效率的降低。150mm和200mm晶圆时代的低效率,在300mm时变得更显著。过渡到450mm晶圆,从原料晶圆的加工来说,将带来浪费,随之而来的问题是：“产业界什么时候能够实现450mm晶圆的量产？生长、提拉、切割和抛光这种尺寸的晶圆需要如何改造设备?”

　　先把原料晶圆的问题放到一边,我们先讨论一下fab生产率的组成问题。简单地说,fab生产率是对于每个fab每个小时生产的芯片收入的量度。每个fab每个小时生产芯片的收入量必须要把生产率的各个组成部分考虑进去。
　　比如,fab的小时成本是多少？独立于晶圆尺寸之外,是否有机会来大幅度改进fab生产率呢？要回答这些问题,必须要考虑直接和间接的成本。直接的、固定的成本包括：
　　● 不动产
　　● 设备
　　● 税款
　　● 工厂折旧
　　● 设备折旧
　　可变成本包括：
　　● 原料晶圆成本
　　● 耗材
　　● 人工－操作工,工艺管理维护,设备管理和保养
　　● 设备－生产小时/年,保养成本和生产费用
　　● 公用设施
　　显然生产率目标是可变成本。表1列出了成本降低目标,以及实现这些目标的方法。
　　目的非常简单：
　　● 只有工艺晶圆才是有收入的,加工监测晶圆和废弃晶圆应该是不允许的。
　　● 耗材只能用于有回报的晶圆,而不是监测晶圆和废弃晶圆。
　　● 要把自动化技术用于调节工艺,保证设备符合规格地、在线自动加工有回报的晶圆。自动化技术是设计用来收集数据、使工艺自动优化,减少手工搬送、以及工艺工程师和操作工对工艺的干预。
　　● 只有不能再通过菜单调节来保持设备在规格内运转时,才停机进行保养。
　　可以对损失的生产率成本进行估算（见“损失的生产率的例子”）。在自己fab成本和生产费用的基础上,可以填写这些空白,进行估算。在下面的这段文字中,你可以得到一些数据,嵌入到你的fab模型中。

　　现实中的例子
　　在这里,我们通过一些现实中的例子和案例研究,为你提供一些数据作为指导方针,以便更容易地实现生产率的提高。让我们先按照工艺和设备来考虑,然后再从fab的层面来看生产率的收益。
　　“利用Run-to-Run Control来改进设备生产效率”提供了一些在设备层面上,能够通过Run-to-Run Control来获得生产效率收益的例子。这种提升能够转化为显著的晶圆/芯片、以及fab层面的生产率收益。
　　如“利用Run-to-Run Control改善fab生产率”所示,Fab #1每年在晶圆/芯片上获得$55.3M的生产率收益,是封装芯片上收益的4倍多。
　　Fab #2提供了一些真实的数据,你可以把这些数据同自己fab的数据结合起来,计算出可能的生产率收益。

　　Fab层面生产率改善
　　讨论完设备层面能做的事情之后,我们来看一下fab层面生产率的改善情况。根据设备改进的情况,可以计算出设备生产效率的改善,这种计算可以提升到fab层面,估计出对于fab生产率的总体改善。
　　总结如图表所示的设备和fab层面生产率的收益,表2提供了一些数据,据这些数据嵌入到fab模型中去,这样你就可以计算出在fab层面,运用“run-to-run control"预期能够获得的改善。

　　展望
　　当我们在展望下一代尺寸的晶圆时,生产率是一个需要重点考虑的问题。半导体制造行业能够自发地容忍生产加工材料的废弃—消耗昂贵的材料和宝贵的fab加工时间—我们应该对此做出规划：什么时候能够做到所有的晶圆都能够带来收益,什么时候工艺控制更加自动化、设备监控完全自动化,而很少需要设备工程师、工艺工程师和操作工的干预。
　　我们从25mm到300mm晶圆走了很长一段路程,现在450mm晶圆是我们目前慎重考虑的对象。这是一个很好的时机,让我们从以下两点来考虑改变半导体器件生产的方式：晶圆尺寸和晶圆工艺。正如我们从上面的数据所看到的,对于现存工厂的动转方式进行改进,就能很容易地获得显著的生产率改善。深入考虑下去,可能就会问,使用我们现在已有的生产技术,我们真得有必要发展更大尺寸的晶圆吗？或者,我们有必要弃用模拟化生产数字器件,转而采用数字化生产吗？