CopyExactly模式在先进芯片制造行业中成功案例分析

上海交通大学硕士学位论文CopyExactly模式在先进芯片制造行业中成功案例分析姓名：张青申请学位级别：硕士专业：项目管理指导教师：吴祖育;桂军20071201上海交通大学工程硕士学位论文摘要第I页CopyExactly模式在先进芯片制造行业中成功案例分析摘要在半导体制造行业，随着科学技术的发展，新的产品和工艺不断被创造出来。通常这些新的产品、工艺要从研发工厂转移到量产工厂，或者从一个量产工厂移植到另一个新的量产工厂，并及时投放市场，为公司产生效益。在技术转移和设备调试过程中，往往会碰到各种问题。有时按照样板工厂布置的生产流水线也往往需要较长的时间才能达到设定的成品率，这不但造成了不必要的经济损失，严重的甚至会影响到公司的战略规划。那么是否有一些有效的方法可供遵循，从而缩短调试周期，在保证生产线稳定性、成品率的前提下，较快的进入量产阶段呢？答案是肯定的。作为全球最大的微处理器生产商－英特尔，不但拥有强大的研发实力，同时也是一家具有先进生产制造能力的公司。通常新的产品能在很短的时间内被大规模、高质量的生产出来，从而迅速占领市场。本文试图通过对英特尔“精确复制”（CopyExactly）策略的归纳总结，并结合实际经验,来整理出一套可供借鉴的方法，同时就如何确保这一策略的有效实施进行探讨。从而为芯片制造业或具有类似特征的行业（生产工艺复杂，有很多相关因素会影响最终产品）提供实践参考。关键词：精确复制，序贯检验，匹配检验上海交通大学工程硕士学位论文ABSTRACT第II页CASESTUDYONSUCCESSFUL‘COPYEXACTLY’METHODOLOGYINCHIPMANUFACTURINGINDUSTRIALABSTRACTWiththedevelopmentofscienceandtechnology,thenewproductandprocessarecreatedcontinuouslyinthesemiconductorindustrial.UsuallythoseproductswillbetransferredfromtheR&DtotheHVM(HighVolumeManufacture)siteorfromoneHVMsitetoanothernewone,andmeanwhileensuredtheycanbeputonthemarketassoonaspossibleandbringtheprofittothecompany.Allkindsofunexpectedissuewillbeencounteredduringthetechnologytransferringandequipmenttesting.Sometimes,itmaytakeaquitelongtimetoreachthetargetedyield,evenifthenewproductionlinewascopiedfromtheexistedone.Thiswillnotonlycausetheunnecessaryprofitlossforthecompanybutalsoimpacttheeffectiveexecutionofthestrategy.Isthereanymethodologythatcanbefollowedtoshortenthistechnologytransferringperiodandmovetothehighvolumemanufacturingstagewiththetargetedyieldandprocessstabilityguaranteed?Theanswerisyes.AsthebiggestCPUmanufacturerintheworld,IntelnotonlyhasthestrongR&Dcapabilitybutalsohastheadvancedmanufacturetechnology.ThenewproductusuallycanbeproducedmassivelywithhighqualityandoccupythemarketinaquickmannerthankstoitsCopyExactlystrategy.ThispapertendstoprovideapracticalreferencethroughsummarizingtheCopyExactlymethodologyonthebasisofrealexperiences.AndalsoitwillhaveadiscussiononhowtomakesuretheCopyExactlymethodcanbecarriedouteffectively.Hopethispaperwillofferavaluablereferencetosemiconductormanufacturingindustryandtheapproachdiscussedherecouldequallybeemployedinotherindustries,wherethetechnologyiscomplexandhasmanyinteractingvariableseffectingtheendresult.ABSTRACT第III页上海交通大学工程硕士学位论文Keywords:CopyExactly,SequentialTest,MatchingTest1上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：张青日期：2007年12月4日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在本学位论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：张青日期：2007年12月4日2年解密后适用本授权书。指导教师签名：吴祖育日期：2007年12月4日上海交通大学工程硕士学位论文第一章“精确复制”简介第1页第一章“精确复制”简介1.1“精确复制”策略产生的背景及其作用半导体生产以工艺流程复杂为特点，通常一个生产过程有许多单独的工艺步序，并且许多步序的公差范围非常小。此外还存在着复杂的交互影响，即每一个步序可能会影响到其他步序，每一个最终产品的参数可能由许多输入的结果决定。同时这种复杂程度随着新一代技术的出现，在不断增加。那些在过去认为是不重要的因素，现在成为影响工艺结果的重要参数。在半导体行业，技术研发和生产设备的投入是非常高的，并且每一代都在增加。当一个新工艺流程和产品被研发出来后，为了适应市场的需要，人们希望能在保证没有质量问题，尽可能高的成品率的前提下，尽快把这一新技术投入量产。传统技术转移的方式通常允许对设备和工艺进行更改。这些变动有的是为了改进，有的是为了适应工厂的特殊要求，因为他们可能在生产其它产品。但是由于技术变得越来越复杂，这些临时的改动通常会引起许多不可遇见的问题，从而使生产线起动延迟或造成更糟糕的结果［1］。为了解决上述问题，英特尔在八十年代中提出了“精确复制”（CopyExactly）的建厂策略，并从1996年开始完全采纳这一策略。英特尔的“精确复制”策略可使公司在确保质量和成品率的前提下迅速建厂并进入量产阶段，从而缩短产品上市时间。并同时确保它在全球不同工厂生产的产品具有一样的品质。英特尔的“精确复制”策略使其实现了如下三个目标：一、从研发到批量生产的快速转移“精确复制”策略通过将研发工厂的东西复制到量产车间，从而使生产设备能快速投入运行。这也意味着由研发工厂所设计的工艺流程在保证性能和可靠性的同时，也应确保其能适应大批量生产。工厂的产量被不断提升到一个新的高度，甚至在众多的工厂依靠“精确复制”上线时产量仍有增长。正是这种“精确复制”战略引导了英特尔最新一代性能微处理器的开发，而后者在启动后将保证提供稳定的高产量。二、“精确复制”创造了一个灵活的虚拟工厂“精确复制”为英特尔的工厂网络创造了巨大的灵活性。因为每个工厂几乎是一模一样的，晶片可以在一个工厂进行部分加工，然后在另一家工厂完工。由于这上海交通大学工程硕士学位论文第一章“精确复制”简介第2页两家工厂的生产工艺是相同的，晶片就好像是在一家工厂生产的。现在，没有其它一家半导体制造商可以做到这个。通过创造一个全球的虚拟工厂网络，英特尔降低了来自于自然或人为灾害的影响。如果世界的某个地方发生了一些影响当地企业正常生产的事件，但英特尔的制造不会中断。虚拟工厂网络的其他部分能够继续生产，继续将产品运到客户手中。和其他公司的工厂相比，“精确复制”给英特尔提供了更大的资源。因为英特尔的每个工厂能通过虚拟工厂网络在全球共享技术资源。通过不断的分享信息，虚拟工厂的工程组织能够在全球范围内及时实施生产流程的调整，由此提高产品的性能，降低所有英特尔工厂的成本。三、确保生产工艺的稳定性在绝大多数的半导体工厂中，研发部门所使用的设备及工艺流程和量产工厂中所用的有很大的不同。在许多公司里，每一项新的技术首先在研发工厂由那里的工程师团队对工艺流程进行精密的调整直到它趋于完美。然后，这项工艺被转移到大批量生产部门，在那里又有一组新的工程师来修改流程以便能进行大批量生产。这种由研发向量产转化的方式不仅延迟了批量生产的实现，同时它也造成了量产工厂在工艺流程上和研发部门存在着许多不同。这些不同之处基本上可以组成另一个工艺流程了。这个新的流程通常有不一样的表现，有不一样的灵敏度。这些工艺流程的不同和交互作用就像晶片制造设备的改变一样－可能会对成品率造成巨大的负面影响。英特尔的“精确复制”策略规定在新产品工艺的转移过程中，不允许作任何改动，从而保证了量产工厂和研发部门的生产工艺及特性是一样的［2］。下面是英特尔采用“精确复制”策略之前和之后，量产工厂成品率的一个比较。左图是1.0um技术的量产情况，这也是英特尔最后一次没有完全遵从“精确复制”策略的大规模生产。其中工厂#1采取“精确复制”策略，工厂#2和工厂#3未采用“精确复制”策略。由图1可见，工厂#1的成品率曲线和研发部门保持一直，而量产工厂#2和#3在开始阶段未能延续研发工厂成品率曲线的走势。在0.5um技术量产过程中，英特尔采用了“精确复制”的方式，即其在批量生产中使用和研发工厂一样的设备和工艺，这使得量产工厂成品率能延续研发工厂的曲线（见图2）。实际数据有力的支持了精确复制策略在建厂和技术转移中的重要作用。上海交通大学工程硕士学位论文第一章“精确复制”简介第3页图1英特尔1um技术的成品率Fig.1Intel1umtechnologyyield图2实施精确复制后0.5um技术的成品率Fig.20.5umtechnologyyieldwithCopyExactly（图片来源：IntelTechnologyJournal1998）1.2“精确复制”简介英特尔公司的“精确复制”和摩托罗拉公司的六西格玛（SixSigma）以及最先由美国海军部门引进的全面质量管理（TotalQualityManagement）一样，都是一种基于统计学理论的质量控制、管理方法。该策略使英特尔公司的各个芯片工厂在质量和效率上维持一致的水平。一个新的芯片从开发出来到出产于不同的制造工厂，有可能存在着成百上千出错的环节，为了避免这些错误，英特尔着手制造设备的管理，确保将每个生产程序的可信度和高产量调整到最佳状态。在所有工厂中精确复制那些最佳的生产环节，这样一来，英特尔公司就可以把已经得到最好实践的高产模式及时提供给任何