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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(shè)備的生產(chǎn)也必須相應(yīng)地進(jìn)行改造和調(diào)整，以滿足機(jī)器的需要。對已建成的設(shè)施進(jìn)行改造和調(diào)整，必然會(huì)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(shè)計(jì)圖紙上實(shí)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(jí)對布局和各廠設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)，在規(guī)劃過程中合理規(guī)劃工藝劇，指導(dǎo)設(shè)計(jì)，解決芯片升級(jí)帶來的影響生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。

  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(shè)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(kuò)散、黃光、干式刻蝕、濕式清洗與刻蝕、薄膜、化學(xué)研磨、量測等。

  產(chǎn)業(yè)發(fā)展對設(shè)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(diǎn)：

  ●特征尺寸已到達(dá)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(shè)備，需要預(yù)留較大的空間與結(jié)構(gòu)荷載，并對于微震耗電量熱負(fù)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(fù)雜性，增加光罩?jǐn)?shù)。

  ●為提升產(chǎn)品良品率，在線檢測設(shè)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(shí)間，需要更多腔體滿足產(chǎn)能目標(biāo)。

  ●新材料應(yīng)用漸增，需預(yù)留特氣化學(xué)品擴(kuò)充彈性，與充足之相對應(yīng)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(jí)改變設(shè)備布局的風(fēng)險(xiǎn)

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

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

  ●下夾層設(shè)備輔機(jī)與動(dòng)力管道，錯(cuò)綜復(fù)雜，若動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)備布局重新安裝接管，勢必需要停止產(chǎn)線運(yùn)行，造成巨大損失。

  ●設(shè)備布局的隨機(jī)調(diào)整，也可能造成潔凈等級(jí)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(yù)留空間，也容易造成無法增加設(shè)備的窘境。

  ●導(dǎo)入新的工藝技術(shù)技術(shù)或新材料，往往造成動(dòng)力系統(tǒng)的額外負(fù)擔(dān)，若初期未考慮預(yù)留，新增動(dòng)力設(shè)施往往需要付出巨大的成本。

  ●近年來由于鍵合設(shè)備的導(dǎo)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(shè)計(jì)規(guī)劃階段考量要點(diǎn)

  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(jī)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(jī)一般與涂布顯影機(jī)臺(tái)整合為一體設(shè)備，該區(qū)域?qū)τ跍貪穸?、潔凈等?jí)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(dòng)搬送系統(tǒng)(AMHS)。

  4.動(dòng)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(kuò)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(fēng)道設(shè)置等。

  合理的工藝布置，能有效縮短工藝站點(diǎn)傳輸距離、并兼顧動(dòng)力供應(yīng)與排放之距離、同時(shí)避免空氣分子污染物對于關(guān)鍵設(shè)備之影響、降低潛在微震源對曝光機(jī)或光學(xué)檢測設(shè)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(shè)備動(dòng)力與空調(diào)等系統(tǒng)按照計(jì)劃逐步分期實(shí)施。能最大程度節(jié)省初期建設(shè)費(fèi)用，空調(diào)與動(dòng)力系統(tǒng)均按照生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)場實(shí)施點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)充，并且二期部分實(shí)施對于一期生產(chǎn)影響較小。這種分期方式的缺點(diǎn)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(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)階段空調(diào)的氣流分布不均，僅依靠單側(cè)回風(fēng)通道，對于關(guān)鍵工藝需進(jìn)行氣流模擬與優(yōu)化調(diào)整。

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

  前期可依照不同客戶需求與目標(biāo)，進(jìn)行多個(gè)不同的分期方案比較，兼顧實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)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(jì)算搬送距離。

  3.確認(rèn)主要的搬送瓶頸。

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

  5.重新制作FT表，并計(jì)算搬送距離。

  目前12寸芯片廠，由于全面采用了自動(dòng)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(yùn)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(shè)備布局必須考慮更多因素，提高整體靈活性，考慮運(yùn)行效率。在空間利用方面，部分非主要設(shè)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(shè)備等無設(shè)備輔機(jī)的工藝設(shè)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(shè)備提供更大的擴(kuò)展彈性。工藝流線和路徑，選擇嚴(yán)格的分析計(jì)算，與同類型的生產(chǎn)廠房進(jìn)行比較，尋找合理的空間布局設(shè)備。