（转）半导体制造的自动化（Ⅱ）

半导体制造的自动化（Ⅱ）

作者：德锐软件技术公司(Technology Resources Group, www.techresgroup.com)

1958年，世界第一块集成电路在TI诞生。而今的集成电路的强大功能已今非昔比, 45nm、32nm制造工艺的复杂性已让很多公司望而却步。

2008年既是奥运年，也是全球第一块IC诞辰50周年纪念，同时将举办SEMICON在中国20周年庆典。让我们借"半导体ABC"栏目，温习半导体制造的基础知识，为中国半导体技术的进步而添砖加瓦。

感谢SEMI日本的同事为我们提供这一生动而直观的半导体器件制造基础教本。我们将在今后11期杂志中分别详细介绍光刻、刻蚀、离子注入以及互连领域的基础知识与前沿动态。

越来越多的公司开始考虑在半导体后道生产中采用自动化控制，然而，目前似乎还没有开发出成功的技术能够满足变化多端的后段工厂。

考虑到相对廉价的劳动成本，以及对清洁度较宽松的需求，和前段工厂相比人们更能够忍受在后段工厂工作，因此对于后段的自动化需求仍然有诸多借口。然而，一旦制程超越了某个复杂程度，人工操作导致低产量，那么，自动化就不可避免。

而且后段制造的经济压力更大。它在半导体产业中占据了30%的份额，并且和FAB相比，处于较低的技术平台。由于现存的前段解决方案不能证明其在后段的成本效益，所以它并不能十分容易地适应后段的使用。

这些因素表明应该为后段制造开发一个相对简易和低价的自动化解决方案来打破这个僵局，并开创一个快速开发的时代。

除了前面提到的技术需求，比如设备监视和控制、数据搜集、配方管理等等，最常被提及的后段的需求就是wafer mapping。最新的后段需求是基于SEMI E142标准的单一元件追踪——Single Device Traceability (SDT)。基于从后段SDT得到的反馈，制造商们充满信心。他们认为这正是他们所需要的技术，并且它必将推动后段自动化的实施。然而，具体实施仍然需要一段时间，这是由于后段设备必须符合SEMI E142规定，从而使得设备供应商需要一段时间来实施。

第一元件追踪

单一元件追踪Single Device Traceability（图2）,指的是在制造封装流程中对任何一个点上的任何一台单一设备进行实时追踪，并将相关历史数据储存进数据库服务器，同时在需要的情况下能够查询这些历史数据的能力。

SDT系统的核心特性可以被概括为如下:
Wafer Map 管理：包括wafer map的下载和上载，wafer map自动导入机制，bin code的管理，以及wafer map 转译

Strip Map 管理：包括strip map下载和上载，衬底substrate追踪

缺陷管理：包括有缺陷的衬底(由供应商引起)，或有缺陷的产品 (在制程中引起)

多芯片管理：比如堆叠芯片stacked die的管理，多芯片封测的管理

● Wafer Map 管理
wafer mapping是用一种物理排列和每个die的bin code的逻辑代表来取代传统die上用墨水标记的制程。有了wafer mapping，采用无墨水的晶片变成了可能，并且die attach可以精确地选取出好的die，或者经过设备设定的bin code.
wafer mapping是一个独立的组件，它并不依赖strip mapping的存在。然而，要实现一个单一元件的追踪，必须要将上述的2个元件整合在一起，这样，消耗的die和strip之间的关系才能被追踪。

● Strip Map 管理
strip map 管理是SDT中的一个组件，它为整个封装流程提供了map。设备可以基于map来决定要或者不要在一个strip中处理一个特定的unit.
这个组件也可以没有wafer map /inkless management而独立存在，但是，为了能够追踪到wafer层，这2个组件必须被整合到一起。

● Map 机制的自动导入
每个substrate (wafer, strip)都会有一个逻辑的map代表，来显示每个部件的真实情况
对于在无墨水模式下运行的lot, map必须被提供来处理这个lot
在strip mapping模式下运行的lot, 对于空strip中的好的或者不好的位置，substrate供应商必须提供相应的strip map。这对于第一个制程步骤(die attach)的处理以及它和strip的正确衔接非常重要。

● 缺陷和Bin code管理
每个设备供应商都会有一套能由设备来产生预先定义的bin或者缺陷代码定义。SDT系统为工厂管理员提供一个用户接口，根据每个设备的型号来配置工厂层面的缺陷定义。

● 多芯片管理
Substrate mapping的挑战在于多芯片管理。当单一组件可以从不同的wafer中消耗多个die时,要满足System in Package (SiP)和多芯片组件（见图3）的需求不是很容易。Substrate管理基于Semi E142标准，以提供一个完全的追踪能力。

多芯片和堆叠芯片的管理

System in Package (SiP) 可以被用来描述多芯片组件和Stacked Dies包。当每个die来自不同的晶圆时，SDT系统必须可以模拟strip以拥有多层结构。

结论

失误可以导致公司巨额的损失，所有这些都取决于对工厂的元件成本有多大的影响。工厂自动化的实施可以改善劳动生产力，同时减少生产周期和场地占用率，并通过最小化人工操作和制程的连贯性带来的质量和可靠性的提升。事实上，所有这些都会因自动化的实施而得到改善。