所有行業 › 半導體晶圓廠 💠 半導體晶圓廠 即時模型 你負責一座 300 mm 晶圓廠的光刻區段:八部掃描機、一間潔淨室,以及一個必須維持在規格內的配方。晶圓排隊輪候,機台會故障,微粒會飄入,每個決定都會影響良率。
你會學到甚麼 為何令一組機台的使用率接近 100 % 會令隊列暴增(利特爾定律、金曼公式)。 空氣中的微粒如何變成致命缺陷,以及晶粒面積如何改變良率(負二項模型)。 SPC 管制圖如何在配方漂移造成晶圓報廢之前把它揭示出來。 即時模擬器需要 JavaScript。以下所有內容(模型、公式及來源)無需它也可閱讀。
模擬器
機台可用率 100% · 在製品 20 · 潔淨室 ISO 級別 3.4 S1 ⚙ S2 ▶ S3 ▶ S4 ▶ S5 ▶ S6 ▶ S7 ‖ S8 ‖ WIP 20 ▶ 34 wph 控制項 產品 流動晶片(100 mm² 晶粒)
流動晶片(100 mm² 晶粒) 加速器晶片(600 mm² 晶粒) 派人封堵過濾器漏洞 需時 3 h,作業期間潔淨室內增加 2 人。
回復配方並重新認證 以一半產能運作 2 h,之後製程回到目標值。
指標 機台可用率 100 % 機台使用率 71 % 工程時間 10 % 已投片晶圓數 34 wph 在製品 20 wafers 缺陷密度 0.110 /cm² 製程能力 Cpk 1.25 · 警告 超出規格(晶圓當量) 0.0 wph 區段用電量 1339 kW
趨勢 圖表指標 良品晶粒產出 良率 潔淨室 ISO 級別 區段週期時間 機台可用率 機台使用率 工程時間 已投片晶圓數 在製品 缺陷密度 製程能力 Cpk 超出規格(晶圓當量) 區段用電量 良品晶粒產出: — /h 25000 0 SPC 樣本(CD 偏移) SPC 樣本(CD 偏移): 0 ⚑ +3σ −3σ 危機情景 第 1 級 · 微粒偏離 流動晶片生產線的一個例行班次。區段上方某處的一個天花過濾器即將失效。要令潔淨室維持在級別內、保護良率,而且風扇不要全速運轉超過所需的時間。
完結時 ISO 級別回到 ≤ 3.6 第一小時之後始終不超過 4.55 級 偏離最初幾小時內平均良率 ≥ 87 % 後半段區段平均用電量 ≤ 1,380 kW 第 2 級 · 掃描機當機 區段以每小時 38 片投片量全速運作。三部掃描機即將同時停機。要在修復它們的同時,防止隊列暴增,並且仍然交付良品晶粒。
完結時 WIP ≤ 60 片晶圓 當機後週期時間始終不超過 3.5 h(輪候時間窗口) 48 h 內最少 900,000 顆良品晶粒 48 h 內最少投片 1,600 片晶圓(投片計劃:每小時 34 片) 第 3 級 · 配方漂移 昨晚上線了新的配方版本。目前仍沒有人知道它會緩慢改變關鍵尺寸。請緊盯 SPC 圖:在晶圓超出規格之前發現漂移並回復。
超出規格的晶圓當量合共最多 12 片 完結時 Cpk ≥ 1.2 最少 620,000 顆良品晶粒 第 2 級 · 新產品投產爬坡 一款大型加速器晶片帶着不成熟的製程投產:缺陷密度很高,而 600 mm² 的晶粒毫不寬容。生產線以每小時 42 片的投片量運作。你有 14 日。要在今日的產出與明日的學習之間取得平衡。
第 14 日缺陷密度 ≤ 0.08 /cm² 14 日內最少 660,000 顆良品晶粒 依據:數字背後的模型 模擬器使用的每一個關係式及其來源。標示為假設的常數是示意校準值。
落在晶圓上的微粒,會按空氣濃度的比例增加致命缺陷。 D_total = D_learn + k · C, k = 4·10⁻⁶ cm⁻² per particle/m³假設:這是示意常數,真實晶圓廠會按自己的檢測數據校準致命缺陷率。
模型使用的其他運作常數。 8 scanners × 6 wafer-starts/h · metrology −0.5 % capacity per sampled wafer/h · rollback: 2 h at half capacity + 4 wafer-equivalents reworked · drift 0.25 nm/h · crash repair 18 technician-hours · leak crew +2 people for 3 h · tools 150 kW busy / 60 kW idle, fans 150 kW at 100 %假設:各數量級(MTBF、產生率、k、τ)均為示意校準值,並非真實晶圓廠的數據。 隨機性:帶種子的 mulberry32 產生器;所用分布包括均勻分布、指數分布(反 CDF)、常態分布(Box–Muller)及泊松分布(Knuth)。種子會顯示出來,並可分享。
來源 SEMI E10 — Specification for Definition and Measurement of Equipment Reliability, Availability, and Maintainability (RAM) and Utilization — SEMIISO 14644-1:2015 Cleanrooms and associated controlled environments — Part 1: Classification of air cleanliness by particle concentration — ISO, 2015C. H. Stapper, F. M. Armstrong, K. Saji — Integrated circuit yield statistics — Proceedings of the IEEE 71(4), 1983J. A. Cunningham — The use and evaluation of yield models in integrated circuit manufacturing — IEEE Trans. Semiconductor Manufacturing 3(2), 1990W. J. Hopp, M. L. Spearman — Factory Physics (3rd ed.), ch. 7–8: Little’s law, Kingman (VUT) equation — Waveland Press, 2008 J. D. C. Little — A Proof for the Queuing Formula L = λW — Operations Research 9(3), 1961D. C. Montgomery — Introduction to Statistical Quality Control (x̄ charts, process capability Cpk) — Wiley, 2019 NIST/SEMATECH e-Handbook of Statistical Methods — 6.3 Univariate and Multivariate Control Charts; 6.1.6 Process capability — NISTDies-per-wafer estimate DPW = πd²/(4S) − πd/√(2S) (de Vries, “Investigation of gross die per wafer formulas”, IEEE TSM 18(1)) — IEEE, 2005Fan affinity laws: flow ∝ speed, pressure ∝ speed², power ∝ speed³ — U.S. DOE — Improving Fan System Performance: A Sourcebook for IndustryEN 1822-1:2019 High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA) — classification (U15 ≥ 99.9995 % at MPPS) — CEN, 2019 Western Electric Statistical Quality Control Handbook (1956) — zone rules for control charts — Western Electric / NIST e-Handbook 6.3.2W. Whyte — Cleanroom Technology: Fundamentals of Design, Testing and Operation (2nd ed.), ch. on dispersion of particles from people; well-mixed room dilution equation — Wiley, 2010 Yu. I. Bogdanov, N. A. Bogdanova, V. L. Dshkhunyan — Statistical Yield Modeling for IC Manufacture: Hierarchical Fault Distributions (§2 Compound Poisson distribution, after Eq. (17), p. 4 of the arXiv PDF — large-area clustering negative binomial model: the cluster parameter’s “typical values approximately range from 0.3 to 7”) — arXiv physics/0303039, 2003R. C. Leachman — Yield Modeling and Analysis (Poisson, Murphy, Seeds, negative-binomial models; §8: SMLY survey with C. N. Berglund for International SEMATECH, 2002–03 — yield loss fitted as YL(t) = YL(0)·e^(−λt), Table 2 averages 4.4 / 4.0 / 6.5 %/month at 350 / 250 / 180 nm) — UC Berkeley, IEOR 130 course notes (unpublished), 2014 A. Klemmt, L. Mönch — Scheduling jobs with time constraints between consecutive process steps in semiconductor manufacturing (time windows set by process engineering against native oxidation and contamination; jobs that violate them are scrapped) — Proceedings of the 2012 Winter Simulation Conference, 2012NIST/SEMATECH e-Handbook of Statistical Methods — 8.1.6.1 Exponential distribution (constant failure rate) — NISTC. Weber — Yield learning and the sources of profitability in semiconductor manufacturing and process development — IEEE Trans. Semiconductor Manufacturing 17(4), 2004M. Abramowitz, I. Stegun — Handbook of Mathematical Functions, 26.2.17 — NBS, 1964 教育模型,不可用於實際營運決策。真實場地會按自己的設備及數據校準每一個常數。