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  隨著芯片技術(shù)和技術(shù)的不斷突破，芯片廠房設備的生產(chǎn)也必須相應地進行改造和調(diào)整，以滿足機器的需要。對已建成的設施進行改造和調(diào)整，必然會影響正常生產(chǎn)，產(chǎn)生巨大的成本。如何在規(guī)劃階段考慮芯片制造的發(fā)展方向，并體現(xiàn)在工藝布局上，最終在設計圖紙上實施，留下明確的發(fā)展和改造空間，減少投產(chǎn)后的重大變化，使原有的生產(chǎn)有序發(fā)展，滿足新產(chǎn)品生產(chǎn)的需要，快速批量生產(chǎn)。從傳統(tǒng)的工藝布局出發(fā)，結(jié)合產(chǎn)業(yè)升級對布局和各廠設施的風險，在規(guī)劃過程中合理規(guī)劃工藝劇，指導設計，解決芯片升級帶來的影響生產(chǎn)的風險。

  目前，全球晶圓制造大多選擇了工藝布局中空間利用率最大化的概念，在潔凈面積有限的前提下，盡量布局更多的工藝設備。大多數(shù)空間布局也選擇了港口式的集中布局。主要空間布局包括，擴散、黃光、干式刻蝕、濕式清洗與刻蝕、薄膜、化學研磨、量測等。

  產(chǎn)業(yè)發(fā)展對設備布局的影響

  目前集成電路芯片的技術(shù)發(fā)展路線，主要可歸納下列幾點：

  ●特征尺寸已到達2nm，逼近物理極限，對于光刻、刻蝕等工藝挑戰(zhàn)極高。

  ●極紫外光刻設備，需要預留較大的空間與結(jié)構(gòu)荷載，并對于微震耗電量熱負荷等都有較高的需求。

  ●高度系統(tǒng)集成芯片已成為主流趨勢，將大幅度提高后道金屬工藝復雜性，增加光罩數(shù)。

  ●為提升產(chǎn)品良品率，在線檢測設備大幅度增加，部分關(guān)鍵工藝將由抽檢改為全檢方式。

  ●三維構(gòu)建增加，將提高成膜厚度，拉長節(jié)拍時間，需要更多腔體滿足產(chǎn)能目標。

  ●新材料應用漸增，需預留特氣化學品擴充彈性，與充足之相對應廢水廢氣處理能力。

  由于產(chǎn)品的特征尺寸極小化，關(guān)鍵區(qū)域空氣分子物污染的防治已經(jīng)是刻不容緩。

  適合產(chǎn)業(yè)升級改變設備布局的風險

  面對工藝技術(shù)的不斷提升，工藝設備與布局也需要常態(tài)性的調(diào)整，這對于已經(jīng)在運行中的芯片廠而言，無疑是一場災難。主要的風險可歸納如下：

  ●早期的設備布局概念，雖然將設備布局與空間利用率極大化，但缺乏調(diào)整與擴充之彈性。

  ●下夾層設備輔機與動力管道，錯綜復雜，若動態(tài)調(diào)整設備布局重新安裝接管，勢必需要停止產(chǎn)線運行，造成巨大損失。

  ●設備布局的隨機調(diào)整，也可能造成潔凈等級與溫濕度失控等不利因素。

  ●關(guān)鍵區(qū)域譬如黃光區(qū)，若無足夠預留空間，也容易造成無法增加設備的窘境。

  ●導入新的工藝技術(shù)技術(shù)或新材料，往往造成動力系統(tǒng)的額外負擔，若初期未考慮預留，新增動力設施往往需要付出巨大的成本。

  ●近年來由于鍵合設備的導入，大型的系統(tǒng)集成芯片與封裝技術(shù)也逐步成熟，造成現(xiàn)有的晶圓廠面臨極大的改造壓力。

  IE在設計規(guī)劃階段考量要點

  集成電路芯片的生產(chǎn)工藝布局，有以下考慮要素：

  1.曝光機為芯片生產(chǎn)之最核心關(guān)鍵之工藝，其精確性將直接影響產(chǎn)品之良品率。

  2.曝光機一般與涂布顯影機臺整合為一體設備，該區(qū)域?qū)τ跍貪穸?、潔凈等級要求、微震等，都有較高的要求，因此在工藝布局規(guī)劃上，需優(yōu)先考慮其合理位置。

  3.目前新建廠房主要為12寸(300mm)，相較于8寸(200mm)晶圓廠，需考慮全自動搬送系統(tǒng)(AMHS)。

  4.動力管道與排放距離。

  5.其他考慮因素：包括避免空氣分子污染物對于關(guān)鍵工藝的影響、銅制程的擴散隱患、工藝連續(xù)性與傳輸距離、緊急逃生距離與法規(guī)限制、回風道設置等。

  合理的工藝布置，能有效縮短工藝站點傳輸距離、并兼顧動力供應與排放之距離、同時避免空氣分子污染物對于關(guān)鍵設備之影響、降低潛在微震源對曝光機或光學檢測設備之影響等優(yōu)勢。

  常見的三種分期模式：

  1.橫向分期模式，土建部分一次完成，設備動力與空調(diào)等系統(tǒng)按照計劃逐步分期實施。能最大程度節(jié)省初期建設費用，空調(diào)與動力系統(tǒng)均按照生產(chǎn)設備進場實施點進行擴充，并且二期部分實施對于一期生產(chǎn)影響較小。這種分期方式的缺點是工藝的功能區(qū)域無法集中，分散的功能區(qū)域容易造成后期運行管理與派工的混亂。

  2.縱向分期模式，土建部分同樣一次完成，隔板豎向穿越中央物流通道，相較于橫向分期模式，能最大化保留了集中式的功能區(qū)域分布。但一期運轉(zhuǎn)階段空調(diào)的氣流分布不均，僅依靠單側(cè)回風通道，對于關(guān)鍵工藝需進行氣流模擬與優(yōu)化調(diào)整。

  3.混合式分期模式，土建與機電空調(diào)一次完成，僅針對設備安裝進行分期，由內(nèi)而外逐步安裝。這種方式對于一二期間隔時間較短有其優(yōu)勢，無需進行物理隔斷，功能區(qū)域能按照最優(yōu)的方式進行布置。

  前期可依照不同客戶需求與目標，進行多個不同的分期方案比較，兼顧實施風險與初始投資。

  生產(chǎn)路徑優(yōu)化具體過程如下：

  1.根據(jù)工藝流程與工藝布局，完成From To表。

  2.根據(jù)From To表，計算搬送距離。

  3.確認主要的搬送瓶頸。

  4.調(diào)整關(guān)鍵設備功能區(qū)位置或分散部分瓶頸設備。

  5.重新制作FT表，并計算搬送距離。

  目前12寸芯片廠，由于全面采用了自動搬送系統(tǒng)，大幅度提升了搬送速度與效率，搬送距離已無法造成生產(chǎn)瓶頸，但從運轉(zhuǎn)節(jié)能角度來說，仍然有優(yōu)化之必要性。

  無論是技術(shù)還是規(guī)模，全球晶圓制造都不斷挑戰(zhàn)物理極限。為了追求成本控制，設備布局必須考慮更多因素，提高整體靈活性，考慮運行效率。在空間利用方面，部分非主要設備，如線下測量，布局在支撐區(qū)或清潔下隔斷區(qū)。WAT或部分檢測設備等無設備輔機的工藝設備，脫離主廠房潔凈區(qū)，或布局在支撐區(qū)，節(jié)省主廠房空間，為瓶頸設備提供更大的擴展彈性。工藝流線和路徑，選擇嚴格的分析計算，與同類型的生產(chǎn)廠房進行比較，尋找合理的空間布局設備。