半導(dǎo)體制造是一個(gè)復(fù)雜的行業(yè)，這個(gè)過程中任何地方的小改進(jìn)都會(huì)對(duì)底線產(chǎn)生重大影響。本文討論了通過引入智能制造解決方案為半導(dǎo)體行業(yè)不斷優(yōu)化制造的好處。

日益復(fù)雜的市場(chǎng)需求正推動(dòng)著半導(dǎo)體晶圓廠（無論是集成設(shè)備制造商（如英特爾或三星）還是無晶圓廠/代工廠模式）尋求提高生產(chǎn)靈活性，上市時(shí)間和盈利能力的方法。引入新產(chǎn)品的步伐正在加快，開發(fā)，制造和部署產(chǎn)品到市場(chǎng)的復(fù)雜性也在增加。為了滿足這些需求，公司將產(chǎn)品設(shè)計(jì)和測(cè)試與制造聯(lián)系起來，以在閉環(huán)反饋周期內(nèi)優(yōu)化產(chǎn)品和過程。

數(shù)字化可以滿足減少周期時(shí)間，降低成本和提高產(chǎn)量同時(shí)增強(qiáng)創(chuàng)造力和創(chuàng)新的業(yè)務(wù)需求。數(shù)字化正在幫助解決跨組織和價(jià)值鏈擴(kuò)展和協(xié)調(diào)的局限性。同樣，工程領(lǐng)域和垂直專業(yè)領(lǐng)域之間的界限也越來越模糊，因?yàn)楣境浞掷昧舜髷?shù)據(jù)的能力，并且在以前孤立的領(lǐng)域中水平地進(jìn)行了分析。

但是，晶圓廠完全數(shù)字化和“智能化”意味著什么？智能制造與當(dāng)今大多數(shù)半導(dǎo)體公司有何不同？每個(gè)晶圓廠將有自己的需求，并由量化的業(yè)務(wù)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)不同的數(shù)字轉(zhuǎn)換切入點(diǎn)。智能制造已全面數(shù)字化，不僅在晶圓廠內(nèi)部，而且在從設(shè)計(jì)到分銷的所有參與者之間，都提供了越來越多和更可靠的信息流。半導(dǎo)體中的智能制造不僅僅是晶圓廠中的連接設(shè)備。它涉及從概念和設(shè)計(jì)到制造和服務(wù)的流程優(yōu)化。

智能工廠的各個(gè)方面

實(shí)現(xiàn)智能晶圓廠的周期時(shí)間，良率和成本效益意味著數(shù)字化連接整個(gè)制造過程生命周期。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了最現(xiàn)代的半導(dǎo)體制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）及其跟蹤功能。盡管跟蹤和跟蹤的改進(jìn)已基本到位，但在客戶為受管制設(shè)備（汽車，醫(yī)療，航空航天和國防，安全和生物識(shí)別技術(shù)）制造IC的推動(dòng)下，將設(shè)計(jì)與制造相連接的技術(shù)才剛剛成為重要的資源。晶圓廠利用歷史和高級(jí)預(yù)測(cè)分析來提高晶圓廠性能。

智能化工廠概念化的一種方法是作為一個(gè)統(tǒng)一的協(xié)作平臺(tái)，該平臺(tái)包括產(chǎn)品，生產(chǎn)和性能的數(shù)字孿生子，而不僅僅是靜態(tài)模型。

數(shù)字孿生的這一概念已廣泛用于航空航天，國防和汽車等行業(yè)，以描述設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。制造商可以基于數(shù)字雙胞胎的概念，以結(jié)構(gòu)化，集成的方式將產(chǎn)品信息，決策和歷史聯(lián)系在一起，從而在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中捕獲產(chǎn)品創(chuàng)新和知識(shí)。這被稱為數(shù)字線程，它使創(chuàng)新生命周期內(nèi)的可追溯性成為可能。它還使在下游流程中重用設(shè)計(jì)變得更加容易，這不僅節(jié)省了時(shí)間，而且由于每個(gè)人都在使用單一的事實(shí)來源，因此提高了質(zhì)量。最初，智能制造應(yīng)該更專注于生產(chǎn)和績效的數(shù)字化線程，

一個(gè)智能半導(dǎo)體晶圓廠具有與MES集成的調(diào)度功能，可以創(chuàng)建一個(gè)環(huán)境，以便不斷更新資源受限的每個(gè)工作站下一步的操作視圖。當(dāng)今的高級(jí)MES可以對(duì)復(fù)雜的流程建模，但它們還需要在可重復(fù)使用的工作流程中管理規(guī)格，方劑，掩膜和工具。

智能工廠的所有組件都需要進(jìn)行自定義，以適應(yīng)任何給定組織的特定需求。低代碼和無代碼應(yīng)用程序開發(fā)平臺(tái)是關(guān)鍵組件。這些平臺(tái)使您能夠通過自定義軟件應(yīng)用程序推動(dòng)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型。

如今，任何經(jīng)驗(yàn)水平的設(shè)計(jì)師都可以創(chuàng)建適合他們需求的應(yīng)用程序。這將建立內(nèi)部人員開發(fā)人員網(wǎng)絡(luò)，通過連接新舊系統(tǒng)，自動(dòng)化流程并促進(jìn)提供可操作情報(bào)的數(shù)據(jù)分析，來獲取洞察力并加快數(shù)字化進(jìn)程。

封閉設(shè)計(jì)，構(gòu)建和測(cè)試的循環(huán)

作為智能制造實(shí)現(xiàn)的一部分，有機(jī)會(huì)使用設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)來提高產(chǎn)量和其他裕量因素。晶圓廠已經(jīng)將產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造聯(lián)系起來，以通過制造設(shè)計(jì)（DFM）技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)化。制造測(cè)試結(jié)果中的數(shù)據(jù)還提供了降低成本，提高質(zhì)量和產(chǎn)量所需的寶貴見解。

通過新一代的端到端軟件自動(dòng)化，可以加速設(shè)計(jì)與制造之間的聯(lián)系。設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件也許是智能晶圓廠中最不明顯的組件，但是為了創(chuàng)建更高效的IC制造，控制成本并為電子功能的持續(xù)改進(jìn)創(chuàng)造空間，它變得越來越重要。在一個(gè)示例中，IC設(shè)計(jì)在生成掩模之前要經(jīng)過物理驗(yàn)證。使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析該過程中的數(shù)據(jù)，并將其反饋給鑄造廠以優(yōu)化設(shè)計(jì)流程。

設(shè)計(jì)與制造之間的聯(lián)系的另一個(gè)例子，也有助于建立一個(gè)開放的現(xiàn)代生態(tài)系統(tǒng)，來自IC測(cè)試分析。半導(dǎo)體技術(shù)和過程控制要求在數(shù)千種不同產(chǎn)品設(shè)計(jì)中具有可重現(xiàn)的原子級(jí)性能。在所有產(chǎn)品上始終如一的高產(chǎn)能力令人望而生畏。過去，良率由制程能力，使用測(cè)試芯片進(jìn)行良率學(xué)習(xí)以及在晶圓廠進(jìn)行制程監(jiān)控來控制。如今，通過先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)來自失敗的IC測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，以找出過去可能無法發(fā)現(xiàn)的良率限制因素。

捕獲良率限制器的概念也可以在上游擴(kuò)展到實(shí)際制造設(shè)計(jì)（DFM）流程中，尤其是在光刻過程中，這是制造過程中的關(guān)鍵步驟。到晶圓廠發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的與光刻相關(guān)的問題時(shí)，為進(jìn)行簡單的布局更改而在設(shè)計(jì)過程中為時(shí)已晚。為了避免或減少設(shè)計(jì)延遲，設(shè)計(jì)人員可以使用光刻模擬來檢測(cè)布局中的薄弱點(diǎn)，并分析光刻對(duì)設(shè)計(jì)的電氣性能的影響。

然后，工程師可以在設(shè)計(jì)流程的早期進(jìn)行任何所需的調(diào)整。為此，必須有一種機(jī)制使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⒐饪坦に囍R(shí)納入其現(xiàn)有設(shè)計(jì)流程中。實(shí)際上，以光刻友好設(shè)計(jì)（LFD）套件的形式存在。LFD套件使IC設(shè)計(jì)人員可以評(píng)估布局對(duì)給定工藝的響應(yīng)，然后糾正那些在制造過程中最有可能失敗的配置。這里利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法來預(yù)測(cè)具有高檢測(cè)精度和覆蓋率的產(chǎn)量限制，同時(shí)減少總體運(yùn)行時(shí)間。

收集，分析和使用這些數(shù)據(jù)是創(chuàng)建以智能制造為中心的全面數(shù)字孿生的一部分。它還需要基于信任和經(jīng)過驗(yàn)證的數(shù)據(jù)安全性的緊密合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)公司需要了解其特定于設(shè)計(jì)的制造/產(chǎn)量挑戰(zhàn)的方法，而鑄造廠則需要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)以有效解決產(chǎn)品/過程的相互作用。制造測(cè)試數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)相結(jié)合可以提供強(qiáng)大的工具來解決一些最具挑戰(zhàn)性的原子級(jí)問題。沒有這些信息共享，生態(tài)系統(tǒng)將無法真正發(fā)展成為在全球半導(dǎo)體市場(chǎng)中競(jìng)爭(zhēng)所需要的智能制造愿景。

現(xiàn)在開始智能半導(dǎo)體制造

半導(dǎo)體晶圓廠在實(shí)現(xiàn)智能制造方面處于領(lǐng)先地位，但是功能多種多樣，并且發(fā)展迅速。面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)壓力，半導(dǎo)體晶圓廠需要催化劑來實(shí)現(xiàn)并加速其數(shù)字化轉(zhuǎn)型。障礙依然存在，但是生態(tài)系統(tǒng)正在積極開發(fā)智能工廠所有組件的解決方案，從不但利用工廠中的物聯(lián)網(wǎng)，而且利用寶貴的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的完整數(shù)字孿生子，到靈活的平臺(tái)和統(tǒng)一的生態(tài)系統(tǒng)，從而為買家，開發(fā)人員，設(shè)計(jì)師，生產(chǎn)單位，分包商，供應(yīng)商等等。與經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)行業(yè)合作伙伴合作，將最佳地定位智能晶圓廠，以實(shí)現(xiàn)利潤和創(chuàng)新。

晶圓廠應(yīng)尋求具有現(xiàn)成解決方案的供應(yīng)商進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)和制造，以加速實(shí)現(xiàn)真正的智能晶圓廠。例如，西門子的Xcelerator產(chǎn)品組合集成了軟件，服務(wù)和應(yīng)用程序開發(fā)平臺(tái)，以幫助制造商全面數(shù)字化其運(yùn)營以實(shí)現(xiàn)智能工廠的目標(biāo)。邁向完全智能工廠的下一步將需要一定的機(jī)構(gòu)意愿，投資，并需要與生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴建立合作伙伴關(guān)系，而生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴對(duì)于產(chǎn)品開發(fā)和制造擁有豐富的數(shù)字軟件產(chǎn)品組合。
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