半導體廠實務管理講師游振忠經歷

半導體廠實務管理講師 : 游振忠 • 經歷 – 東海大學化系、交通大學業程與管理研究所 – 清華大學業程系半導體概論講師 – 自強基金會半導體業程實務研習班講師 – 旺宏電子晶圓一廠 /二廠製造部部經理 – 旺宏電子晶圓三廠製造部兼作業服務部部經理 • 現任： – 旺宏電子製造中心專案部經理 E-mail: garyyu@mxic. com. tw 1*

Agenda • • • 半導體產業介紹製造流程簡介半導體製造廠生產線管理 300 mm(12吋 ) FAB 介紹 IE background人員扮演的角色升學 ? 就業 ? 2*

半導體產業簡介 • 電子業的主要元件半導體原自 1950年代由德州儀器所發明之積體電路 , 2000 WW營收達 2000億美元 • 台灣半導體製造業自 1982年聯電量產以來至 2000年產值已超越 160億美元，為全世界第四大製造中心 • 台灣目前擁有晶圓製造廠的公司計有台積電、聯電、旺宏、華邦、茂德、茂矽、力晶、南亞科技、矽統、漢磊、立生等 3*

半導體產品市場年銷售成長率 In Billions of Dollars -17% Source: IDC, December 2001 -8. 6% 4* -8. 4% -33%

台灣半導體製造產業特性 • Wafer capacity increases rapidly. • Leading manufacturing effectiveness and efficiency. • Fast technology implementation – License and development – Co-operate with equipment vendors. • 3 types of IC manufactures : Foundry, DRAM, IDM( Integrated Device Manufacturing). 3/18/2018 5*

Infrastructure of Taiwan IC Industry Chemical Lead Frame 20 13 Design House Photo Mask IC Fab Packaging Testing 140 4 16 48 37 Blank Wafer Substrate 8 15 Our focus Source: EROS/ITRI IT IS Project (Mar. 2001) 6*

記憶體產品類別說明 MOS Memory Volatile Memory DRAM SRAM Non-volatile Memory Mask ROMEPROM EEPROM Flash MTP OTP NVRAM ROM OTP : One Time Program MTP : Multiple Time Program(~1 k cycles) “FLASH” means that electrical erasure in the system is for either the whole memory array or for blocks 7* it. of

IC 製造之特性與指標 IC FAB 特性 • 高成本 , 其中約 70 -80% 為設備支出 • 製程流程複雜 • 精密度高 , 相對設備與製程穩定性控制不易 • 利潤來自高毛利率 ROI =Income/ Invested Capital =Income/Sales Revenue * Sales Revenue/Invested Capital Sales Margin 8* Capital Turnover

生產製造流程簡介 9*

半導體生產流程示意圖 10*

半導體製造程序晶圓晶粒封裝電路晶粒晶片製造測試電路封裝電路晶片針測封裝前段製程最終測試後段製程 11*

製程說明 (1/2) • 清洗 (cleaning) 清除製程中所產生殘留之微塵。 • 氧化 (Oxidation)、沈澱 (Deposition)、金屬鍍膜 (Metallization) 1. 以氧化層作為隔離。 2. 利用電漿增強式化學氣相沉積法 (PECVD)的技術沈積氮化矽，用來隔絕氧氣與矽的接觸，以區分出元件隔離區。 3. 即是在晶圓表面添加金屬層沉積。 • 微影技術 (Lithography) 將設計好的圖案從光罩或倍縮光罩上轉印到晶圓表面的光阻上時所用的技術，也是整個晶片生產流程中最複雜的作業，而且需要精密度相當高。 • 薄膜蝕刻 (Etching) 　蝕刻是一種移除晶圓表面的材料以達到 12* IC設計需求的製程。

製程說明 (2/2) • 離子植入 (Ion Implantation) 利用離子束電流量及施加之電壓的控制來掌握摻雜的濃度與深度，設置 (set up)時間從幾分鐘到幾小時。 • 去除光阻 (Photoresist Strip) 蝕刻製程結束之後，光阻已完成其之任務故必須被剝除。 • 檢驗測量 (Inspection and Measurement) 點檢及測量不良品。 • 測試 (Testing) 　藉由不同電腦控制器所產生之溫度予以測試，以判定運作。 13* IC能否正常

影響半導體製程的因素 Bai and Gershwin (1990)[4]、Hughes and Short(1986)[36] 複雜的生產流程 (Complex Product Flows) 隨機的良率分佈 (Random Yields) 各種不同設備因素 (Diverse Equipment Characteristics) 設備故障時間 (Equipment Downtime) 舊產品與新產品共用設備產生衝突 (Production and Development in Share Facilities) 資料管理與維護 (Data Availability and Maintenance) 14*

Wafer 成品 15*

顯微鏡下的 IC 一角 16*

CMOS Cross- Section Profile Structure 17*

IC FAB 實況 18*

生產線管理的目的 Performance indices of a manufacturing system • Quality • Cost • Delivery QCD 19*

半導體製造業生產線重要指標 • Quality: Yield • Cost: – Utilization Rate – Efficiency – Wafer Out • Delivery: – Wafer Out – CIP/CVP – Turn Ratio(Days/Layer) 20*

半導體製造管理的內容 • 人員管理 • 作業改善 • 生產控制 21*

生產線管理 - 作業人力之決定 Multi-Criteria: n Workload(WL) Machine waiting time; wait for labor (WFL) Throughput Labor Optimum • Machines • Production Process Max. Throughput Capacity Loss Overstaffed n Semiconductor Industry: Headcount Capacity Loss Overstaffed 22* COST

生產線管理 - 作業人力之決定 100% Down 80% Other = 3% GAP No product = 10% No operator = 7% 60% Production 0% 23* Why “No operator”? - Not enough operator - Assisting other tools

管理 : 人員管理 – 技術 or 藝術 ? What is your management style? 生產線上所帶的直接人員 : – 性別 : 女性為主 – 年齡： 18 -38(? )歲 – 上班形態 : 四班二輪 (07 -19)，全年無休管理的改變 : – 舊人類新人類如何激發團隊能力新新人類 – 員評價的標準 – 拼命作 or 有效率與做動腦筋的作 right or do the right thing? ) – 團隊士氣 24* (Do the thing

現場的管理現場管理的著眼點 : – – – – – Safety: Safety is No. 1 Quality: 降低不良 , 提高品質 , 減少異常 , 減少變異. . Cost: 降低費用 , 減少時 , 減少材料. . Efficiency: 生產力 , 產量 , 時效性 , 改善交期 , 改善自動化. . Mis-operation: 減少失誤 , 防呆. . Control: 標準化 , 達成標準 , 採取對策 , 管防止再發 , 作業稽核. . Training: 教育訓練 , 提昇能力. . Environment: 環境改善 , 人因程廠佈置. . Morale: 人際關係 , 人員管理 , 提昇士氣. . Development: 溝通協調 , 交流 , 發表觀摩. . 25*

晶圓廠生產管理的特性 • 製程步驟多且複雜 -- 如何預估與控制準確的交期 ? • 製程具回流 (Re-entry)特性 -- 如何管理瓶頸機台的 loading? • 機台昂貴製程精密度高 , 穩定性差 : – – Efficiency 要求 Machine limitation Back up machine arrangement “Bonding” production request • 產品組合複雜且流程不同 – Wafer start/Order arrangement – 如何管理瓶頸機台的 loading – 如何 control 不同 product 之 cycle time • 製程技術世代交替迅速 26*

生產管理假如 : 市場的預估是準確的 , 客戶不會任意的改變訂單製程是穩定的機器不會有預期的當機員不會任意的離職或缺席員具有最完整的訓練及完全依照規定運作物料的供應永遠 Just in Time 所需的資料是隨手可得且完整正確無誤的那麼 : 生產線的管理將如 “桌上捏柑 ”一樣容易 (really? ) 27*

生產管理但是 …. . . 市場的變化總是出乎意料計劃常常在變動不穩定的環境總是在發生老闆永遠不滿足的要求 : - Cycle Time 太長 - 機台產能使用率太低 - 外在的變化的確是個問題但交期仍應準確這就是生產線管理者存在的價值 28* 100%

生產管理 -永不改變的戲碼 • 老闆一成不變的菜單 -魚 (Utilization)加熊掌 (Cycle Time) • Utilization: Cost 的化身 • Cycle Time 的重要 : 快速的反應 – – – 因應短交期的訂單因應交期的調整改變降低 wafer inventory cost 品質異常影響的降低市場應變力客戶需求 29* Util C/T

IC 製造管理變因控制 • 投料控制 : • 派法則 : 30*

生產管理如果在廠使用同一種投料控制方法的情形下，派法則將只有 10%以內的降低總流程時間績效，但若將派法則結合投料控制，則其降低總流程時間的績效將可達到 35%-40%。Wein【 1988】 Little’s Law : L= average inventory =arrival rate =cycle time 31*

生產管理由 Little’s Law 所得到降低 cycle time 的方法 – 降低 inventory: 投片控制 , JIT, 降低 lot size, 派系統 – 增加 capacity: » 提昇 up time/efficiency/utilization, foundry » 增加機台 – 減少 loading: 良率提昇 , 降低 rework, 32*

批量思維節省單位成本有效的產出節省每單位的換線成本節省每單位的庫存成本增加批量增加瓶頸機台的產出增加批量降低 Cycle Time 減少批量 33* 減少批量

TOC • TOC(Theory Of Constrain) Bottleneck 目的 : 如何使廠產出最大 , 做對令且保持對低的在製品存貨定義 : CCR: Capacity Constraint Resource NCCR: Non Capacity Constraint Resource Drum: 生產節奏 Buffer: “Time Buffer” to protect CCR Rope: 下料節奏 34*

TOC 的改善步驟 • 找出系統的瓶頸所在 • 充分利用系統瓶頸 • 非瓶頸系統應完全配合系統瓶頸 • 尋找打破瓶頸系統的方法 • 若瓶頸已被鬆綁則回到步驟一找出下一個系統瓶頸 35*

TOC 排程步驟 1. 找出 CCR的所在 2. Time Buffer 的決定 Keep CCR WIP & 不影響交期 3. 決定 DRUM 4. 決定下料節奏 (Rope) 36*

考慮短期瓶頸機台的運作模式 • 確認短期瓶頸機台 • 考量短期瓶頸機台調整投片 • 產品組合與瓶頸機台關係確認 • 瓶頸機台前 buffer WIP 計算 • 控制 wafer flow & buffer size 37*

生產管理 • Question: 若於 capacity 未變的前提下增加 wafer start 10% , 你認為 cycle time 的變化應為何 ? A. 縮短 , 其程度大於 10% B. 縮短 , 其程度少於 10% C. 增加 , 其程度少於 10% D. 增加 , 其程度介於 10%-20% 之間 E. 增加 , 其程度大於 20% 38*

Cycle Time vs. Utilization • Simulation • Queuing Theory – f(x)=x/(1 -x) – utilization=arrival_r/service_r • Experiment 39*

Production Control Structure Demand Planning Demand Fulfillment SCP Central Production Plan Integration Fab Production Plan CIM FAB operation CIM include: MES( Manufacturing Execution System) MCS( Material Control System) AMHS( Automatic Material Handling System ) OHT( Overhead Hoist Transport) AGV( Automatic Guided Vehicle) 40* Supply Chain

製造整合系統架構圖 Architecture : Order Reporting DB Schedule DB EQ data WIP data Route data Reporting Scheduling/ Dispatching Throughput FAB Capacity Model Tool Capacity Model MES DB MES Production Database Simulation TCS Repository Forecast System 41*

Real Time Dispatching Objective • Real time compute “What Is Next” • Rule designed by user • Achieve production target and delivery quality – – CIP/CVP Cycle time reduction Control cycle time deviation Maximum global machine utilization 42*

IC 製造管理策略 -派 (Dispatching) 派法則介紹 : – – – – FIFO：（ In First Out） Firsr 先到先出派法。 Random：隨機選取派法。 SPT：（ Shortest Processing Time）最小加時間派法。 SRPT： Shortest Remaining Processing Time）小剩餘加時（最間法。 EDD：（ Early Due Date）最近交貨期派法。 Slack：（ Slack Time）。 SLKRO：（ Slack Ratio）。 CRIRO：（ Critical Ratio）。 –. . . 43*

模擬系統 Why we need simulation: è 提供 forecast 能力 è 驗證各種策略的結果提供管理者作做為決策的參考 44*

Production Simulation Introduction Lot 1 Product 1 Route 1 NOW Op 1 …. . Op 3 Op 2 Op N Route 1 Tool 3 Tool 2 Tool 4 Model Lot 1 Process Time waiting idle running down Tool 1 Tool 2 Tool 3 Tool 4 7: 30 8: 00 9: 00 45* Time Event Series

Equipment Simulation 46*

Scheduling • Synchronize manufacturing • Management objectives – Cycle time, Utilization, WIP. . • Material and capacity constrain • Material and capacity planing 47*

Scheduling tolerated cycle time ideal cycle time earliest start tolerated start ideal start due day Forward calculation Backward calculation Forward calculation capacity constrain material constrain 48*

未來的挑戰 -The Road Map 以 20000 pcs/month 為 base 49*

自動化趨勢圖 Automatic Process Modeling Automated Process Control Automated Equipment Control Reduce Process Variability Reduce Mis-operation Automated Recipe Control Automated Data Collection Process Optimization Improved Productivity Manual Operation Base Capability 50* Source: 半導體製程及設備技術手冊

300 mm(12”) Virtual FAB 51*

Intel 300 mm FAB 52*

BY PASS 挑戰: 傳送系統的效率提昇 SHORT CUT • The key factors to enhance transportation efficiency are AMHS control algorithms and track flexibility. • Enabling SW algorithms include: – Vehicle Distribution and Allocation – Dynamic Path Planning • Enabling HW Features include: – Multi-path Layouts – Small Footprint for Track Merge/Diverge Bay 1 Bay 2 Bay 3 Bay 4 Simple loop To High Throughput Transport System 53*

IE Background 人員在半導體製造業主要領域 • • IE: layout, capacity, costing… Supply chain management PC: production plan MFG: – On line: 人員管理生產調度作改善 – Off line: Ø 系統開發 (simulation, dispatching, scheduling…) Ø Automation(FAB Automation) Ø 生產計畫安排與掌控 54*

誰是業者最愛 ? • 學歷不代表一切 : – 展現自我的第一步 : 履歷表的撰寫 • 專長 : – 領導統御型 : 帶領生產線 (社團經驗佳善溝通協調 ) – 創意型 : 自動化系統邏輯開發 , patent 申請 – 學術專業型 : 建 model 發表 paper (OR, 生管 simulation, programming…. . ) • 特質 : – 善溝通 EQ 佳 – 表達能力 – “耐操 ” 55*

Q&A 56*

隨堂測驗 • 試說明半導體製造管理的特性與所面臨的挑戰, 如何利用業程與管理領域的所學來解決這些問題? 57*

半導體 廠實務管理 講師 游振忠 經歷

半導體廠實務管理講師游振忠經歷