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半导体设备行业不仅要硬,更需要“软”

分享于 2021-05-11 08:09:25
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这一波缺芯前所未有,也是始料未及,“缺芯”已成为2021年半导体产业的一大重要标签,为此全球半导体巨头争相扩产,数千亿美元砸向晶圆制造,来缓解芯片产能危机以及巩固新一轮竞争周期中的身位。据芯思想的统计,全球19家公司有30个新增或扩产项目的情况,不包括存储扩产项目(如下图所示)。



在扩产的同时,保证现有工厂的顺利运行,提升效率和良率是很重要的事情。然而半导体制造精细化程度较高,流程较为复杂,要确保上千道工序中的人、机、料、法、环协同顺畅不是易事,在这个过程中,就需要制造软件的指挥和控制。

说到软件,我们最为了解的当属EDA设计软件,去年美国对华为软件的出口管制,EDA设计软件三巨头牢牢把握住了芯片设计的命脉,也让我们见识了EDA设计软件之于芯片的重要性,但其实,在半导体制造软件在芯片制造过程中也有着很重要的地位。

半导体智能制造的“大脑”


半导体制造是高端制造中信息化程度最高的代表,其中以晶圆制造最为复杂。晶圆厂在车间生产制造过程中面临生产过程不透明、现场信息反馈难、设备运行状态监控难等诸多痛点,大多数企业渴望加强对生产过程的管理。

半导体制造端的软件主要有CIM软件,CIM(Computer Integrated Manufacturing)计算机集成制造系统是部署在半导体晶圆制造以及先进封测工厂内部的生命级软件系统。它包括制造执行系统(MES)、统计过程控制系统(SPC)、设备自动化方案(EAP)、配方管理系统(RMS)、良率管理系统(YMS)等。由于CIM一直被外商占据主流市场,因此不被外界所熟知。


在整个CIM系统中,尤以MES最为核心,什么是MES?制造执行系统(Manufacturing Execution System,简称MES)是面向晶圆制造厂执行层的生产信息化管理系统,被喻为芯片制造的“大脑”,控制和管理芯片制造的全过程通俗的来说,MES系统主要功能就是解决“如何生产”的问题在晶圆制造过程中,MES软件就像一个军队的将军一样,指挥调度晶圆在不同设备间流转,完成近1000道工序。如果软件瘫痪了,整个Fab厂就停摆了。

具体来看,整个系统通过3条主线发挥作用,第一,把流程控制到位,每一片晶圆的每一个流程都需要正确;第二,把设备控制到位,每个设备在哪个时间做什么事必须严格控制到位;第三,与搬运系统对接,保证设备不闲置。在生产线上,MES系统的每一个执行都必须严格到位。

可以说,MES系统的存在可以成功弥合企业计划层和生产车间设备之间的间隔,直击企业痛点,降低生产周期,减少质量瑕疵等,提高企业效益。MES软件是未来智能制造不可或缺的一部分。

然而,如同芯片一样,在半导体生产管理类软件领域,也是国外垄断的局面,如IBM和应用材料的MES软件都已经很成熟。欧美是工业软件的起源地,也是工业软件最大的市场,由于半导体工业软件需要时间积累,在项目的实施过程中不断完善,国外占据了时间和市场的优势。总体而言,国外软件在半导体制造领域仍然占领中高端市场,尤其是高端市场几乎是垄断局面。

看向国内,国内在4-6寸晶圆制造厂已基本实现国产化。而到了8寸晶圆厂就开始有差距,超过50%市场都是被外资占领。12寸基本被外资垄断。形成这样差异的原因,是因为不同尺寸的晶圆厂的生产过程是不一样的,4-6寸主要是靠人力来实现设备之间操作的,8寸是半人工、半自动化,12寸是全自动化,尺寸越大,对软件的要求也越高。

如果半导体制造软件也像EDA软件那样被卡,那么国内的全自动化的12寸晶圆厂将难以开工。在如今国际贸易环境复杂多变的环境下,半导体制造软件国产化替代是长期趋势。再加上我国制造业长期处于中低端,制造业对于转型升级的需求十分迫切。那么,国内制造软件已经到达什么样的高度呢?他们能否胜任12寸晶圆厂的国产替代呢?

国产半导体制造软件的实力


这几年,乘着半导体崛起的雄风,国产CIM软件需求激增,我们也陆续看到,国内不少半导体制造软件初创企业的融资信息逐渐浮出水面,在资本介入下,各大国内品牌发展更快更强,竞争也将更为激烈。

但是,有这么一家企业,20年前就开始进军泛半导体市场。早在2000年,它就为绍兴华越微电子开发了MES软件,2001年这套系统被用于上海新进半导体六寸线,至今仍被客户使用。这也是国内率先拥有自主知识产权、完全商品化的泛半导体行业MES软件之一。这家企业就是上扬软件。


作为一家以技术为导向的企业,上扬软件20年不断在软件领域深耕,发展至今,上扬软件可为半导体制造企业提供CIM整体解决方案,即MES、SPC、EAP、RMS、EDA和MDM等系统。上扬软件推出的myCIM MES系统主要面向半导体、光伏、LED三大领域,而且其已获得国内光伏领域头部企业的认可,在半导体领域可应用于半导体衬底材料、前道晶圆制造、后道封装测试等环节。

那么在半导体制造的实力几何呢?据了解,上扬软件的制造执行系统MES能够支撑8寸半导体产线5万片/月的产能(后续将能支持10万片/月的产能)、6寸线20万片/月的产能。并且,已经完成了12寸半导体量产线MES的研发,正在业界推广应用。

如前文所指,12寸产线前道最难,上扬软件奋斗20年终于走到了可实现12寸产线量产的机会。2019年,上扬软件推出了新产品myCIM 4.0,填补了12寸半导体MES系统国产化的空白,使上扬软件成为国内率先拥有自主知识产权的半导体全自动化CIM软件方案的软件公司

但这只是万里长征的一小步,软件开发出来,还要经过项目不断的试错,不断的积累经验值,最后才能成为一个成熟的产品。据了解,上扬软件已经接到国内12寸的项目,而且在今年年初的项目初步验收中,整体测试效果达到预计目标。

在国内的4寸到12寸的前道、封装、材料厂中,都可以看到上扬软件的身影。迄今为止,采用上扬软件产品和服务的众多国内外半导体制造企业有:中芯、歌尔、格科、长电、天科合达、有研等行业头部企业。

不同于国外的晶圆厂客户对软件系统都较为了解,国内的晶圆厂缺乏经验,很多客户并不知道自己要什么样的系统,所以需要软件供应商来加以引导。有如此多知名的半导体企业的背书,再加上上扬软件针对高科技制造业的完整CIM解决方案、具有自主知识产权的MES解决方案、优质的本土化服务以及技术创新性,使得上扬软件能够更好的服务于本土的晶圆厂客户。

结语


在如今国产替代的大环境下,国产自有知识产权的MES系统迎来了大展拳脚的机会,半导体制造要想硬气,必离不开这些软件系统的支持,不断发展起来的软件系统也将为半导体智能制造的变革提供强有力的支持和引导。光刻机很重要,材料很重要,EDA软件很重要,MES软件也很重要。半导体行业任何一个环节都不能放过,每一环都无比重要,需要所有产业链的全力支持。
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