车间成本控制的方法:由于市场对专用集成电路需求的猛增,大多数半导体企业都己采用面向订单的混合生产方式,其车间设施具有一定的柔性,能同时生产多种类型的晶圆;再加上CIM与价格昂贵,自动化程度极高的晶圆加工设备的广泛运用,引起了晶圆车间成本构成中直接人工费用大幅度减少和间接费用呈多样化巨增,因此晶圆制造车间己开始改变为从工程学,技术层面去把握成本信息,以工程经济学的方法对成本进行预测,监控,因为在晶圆制造车间中,成本绝非单纯是会计帐簿_L的产物,而是在制造过程中的逐道1序中产2仁的.
半导体制造业是初期投资额大,最终收益高的高技术产业.目前,由于存在以下三方面的原因:
车间成本控制的方法:第一,专用集成电路的需求猛增,大多数的半导体企业都从面向库存的生产方式转向了面向库存和面向订单的混合生产方式;第二,晶圆车间己经开始由大批量,单一品种和低成本的刚性生产模式逐渐转化为多品种的柔性生产模式发展;第三,由于CIM(ComputerIntegratedManufacturing)与价格昂贵,自动化程度极高的晶圆加工设备的广泛运用,引起了成本构成中直接人工费用大幅度减少和间接费用呈多样化巨增[[21.因此,传统意义上基于财务会计的成本管理方法,如用经济订货量法控制存货成本,用成本差异分析体系控制生产成本等都已不能适应晶圆制造车间而渐趋淘汰,取而代之的是从工程学,技术层面去把握成本信息,以工程学的方法对成本进行预测,监控.这是由于在晶圆制造车间中,成本绝非单纯是帐薄的产物,而是在制造过程中的逐道工序中产生的,因此就形成了下文将予以介绍的一些新型的成本控制
方法.
2晶圆制造车间成本控制方法
2.,基于工业工程原理的成本控制方法
在晶圆制造过程中,为了降低生产工序中发生的成本,必须改善操作方法,设计出最合理的设备布局来缩短搬运的距离和时间,提高设备的利用率.一般来说,这样的改善都是依靠工业工程师来实现的:在建一初期,工业工程师依据设施规划的系统布置方法(SLP)与物料搬运分析原理来优化车间布局,使物料搬运距离最短,从而提高设备的利用率,降低成本[[81.投产以后,工业工程师从产能计划,生产控制以及质量检测等方面来优化生产,目的也是提高设备的利用率,缩短生产周期,降低成本._L述规划改善工作都是根据基础工业工程的基本原理,按一定程序,分阶段地推进的,即从现场观测开始,经过观察,测定,分析,研究,制定计划,组织实施并实现标准化等一系列的流程,来改善与车间生产成本有关的各项相关指标,最终实现车间成本(C)的下降(见图1).因此,运用工业工程(IE)方法改善与控制生产流程,设备效率和晶圆良率就成为晶圆制造车间降低
成本的主要途径.
2.2基于设备整体效率与车间整体效率的成本控制方法一一OEE与OFE
2.2.1设备整体效率
在晶圆制造车间中,设备是非常昂贵的,设备折旧与维修占成本组成的最大比重,所以设备能否达到其最大利用率是决定晶圆成本的重要因素之一,美国半导体制造技术战略联盟曾指出:将来,由于晶圆尺寸,特征线宽和良率这三方面潜在影响的减小,设备效率的提高将显得更为重要.正因为如此,国际半导体一设备与材料组织(SEMI)在其制订的SEMI标准第E79条中提供了一种很好的计算设备效率的方法,称为设备整体效率OEE(overallequipmentefficiency)}61,并一且已经在半导体行业中得到了广泛的应用.使用OEE模型计算设备效率的前提有两点:①OEE模型必须是有效的;②OEE模型能够实时应用与计算.用OEE来计算设备效率的时候,由四部分组成,分别为AE(availabilityefficiency,有效效率),OE(operationalefficiency,运作效率),RE(rateefficiency,比率效率),QE(qualityefficiency,质量效率).OEE=AEXOEXREXQE其中AE=uptime=totaltime;OE=productiontime于availabletime;RE=theoreticalproductiontime令totalproductiontime:QE=goodwafersout:-totalwafersout.
Fairchild公司最初采用如下一种简易型的OEE方法来计算设备效率OEE=actualwafersout干theoreticalwafersout
此方法因为模型简单,数据少而被较多半导体公司所采用,下表就是国内某半导体制造有限公司运用这种简易型OEE实例
2.2.2车间整体效率
尽管OEE方式在一段时间内,甚至目前在半导体产业内的应用仍旧是卓有成效的,但是由于该方法仅可以用于对单个设备孤立的评价,因此仍具有较大的局限性.这是因为在晶圆制造车间中,所有的设备并不是独立存在的,每个设备之间都存在着行为,工艺以及信息上的联系,所以OEE方法己12半手举技术声2s不声s碑二00三毕八万
经开始呈现出弊端,而取而代之的将是晶圆车间整体效率OFE(overallfabeffectiveness)方法〔71,
OFE的优点在于能够把车间的不同活动,不同设备和工艺之间的关系,信息的集成以及许多独立系统和子系统之间的决策和行为都联合加以考虑.计算OFE的前提是与OEE相同的.目前,OFE虽然已经被入SEMI制订的标准,但是该方法是否可以在晶圆车间具体实施还在商榷之中.
OFE的计算公式如下:
OFE=productivityefficiencyXyieldefficiency
其中Productivityefficiency=(throughputrateand
cycletimeefficiency)(normalizingexponent)
Yieldefficiency=goodwaferequivalentsout二
totalwafersout.
半导体制造企业通过OEE与OFE在晶圆车间的应用,大大提高了设备的利用率,缩短了生产周期,改善了车间成本和晶圆成本.
2.3基于良率(成品率)的成本控制方法一一所属成本COO
在半导体晶圆制造企业中,除了通过基于工业工程的原理的流程改善和采用OEE,OFE的方式来控制晶圆制造车间的成本以外,最近,在SEMI标准中又制订了一种新的成本控制方法,称为所属成本COO(costofownership)IsloCOO是指在计算晶圆成本时把不合格晶圆的成本损失平均分配到合格晶圆上,然后算出合格晶圆的总成本,一般以年为时间单位来计算.COO由CEO(costofequipmentownership)和CYL(costofyieldloss)两部分组成.
COO=CEO+CYL
____一一一一一---仁oFE骊其中CEO表示合格晶圆的成本,计算CEO时需考虑两部分:固定成本(如购买和安装设备的费用)和经常性成本(如维修设备的费用,购买原材料的费用,一工_人的工资,福利等),二者均以年为单位.
CEO=(annualizedfixedcostpersystem+annu-alizedrecurringcostpersystem)X(volumerequired#system)/goodunitsperyear
CYL表示把不合格晶圆的成本损失平均分配到合格晶圆上,计算CYL时也需考虑两部分,加工过程中的良率损失和测试时的良率损失.
CYL=(annualizedcostofwaferlosttoequip-mentyield+annualizedattributedcostofwaferlosttodie¶metricyield)/goodunitsperyearcoo又可表示为:COO=(F$+R$+Y$)/(LXTXYXU)其中F$:annualizedfixedcost,$(年固定成本)
R$:annualizedrecurringcost,$(年经常性成本)
Y$:annualizedyieldcost,$(年不合格产品成本)
L:usefullifeofequipment(设备有用寿命)
T:toolthroughput(机台产能)
Y:compositeyield(复合良率)
U:equipmentutilization(设备f11用系数)
COO从晶圆良率的角度来控制成本,把加工运行时的良率损失都追加到合格晶圆的成本上.COO方法提醒了半导体制造商只有产量和良率一起提高,才能更好的提高设备的效率,降低成本,这也是COO在控制成本方面优于OEE的地方,因为OEE仅从产量(throughput)的角度来衡量设备的效率而没有把良率考虑进去.
2.4晶圆制造车间成本控制方法的综合考虑晶圆制造过程中还用到大量的气体,液体等能源,如用于刻蚀的化学物品,用于清洗的水,用于照明的电等等,提高这些能源的利用率,一定程度上也可以降低成本.综合上述,我们可以半导体晶圆车间的成本控制方法归纳成"晶圆车间成本控制方法概括图PI
3结束语
成本控制无论是在制造业还是在服务业都是决定企业获利与否的直接因素,在半导体行业中,由于设备的昂贵,流程的复杂,能否取得一个完善的成本控制方法更是半导体制造商所关心的问题.但是就成本控制的现实运作而言,并不存在一个统一的"完善模式",对于每一个特定的企业,都是在取舍,借鉴,综合和改造现有的成本控制思想和方法的基础上,逐渐走上完善的道路.在半导体企业中,虽然相继出现了一系列先进的成本控制方法,如基于工业工程原理的成本控制,OEE>COO等,但还有待于进一步完善.
4结论
我们设计出的这款生物芯片实现了3个生物检测过程(PCR样品扩增,CE电泳分离和激光或紫外光检测)的单片集成.完成了芯片的版图设计和工艺流程设计.芯片设计采用背面引出电极的方式,这样就可以方便固定在包括有辅助控制电路的 整个芯片可以基本实现一个小型的DNA检测实验室的功能.