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  随着芯片技术和技术的不断突破，芯片厂房设备的生产也必须相应地进行改造和调整，以满足机器的需要。对已建成的设施进行改造和调整，必然会影响正常生产，产生巨大的成本。如何在规划阶段考虑芯片制造的发展方向，并体现在工艺布局上，最终在设计图纸上实施，留下明确的发展和改造空间，减少投产后的重大变化，使原有的生产有序发展，满足新产品生产的需要，快速批量生产。从传统的工艺布局出发，结合产业升级对布局和各厂设施的风险，在规划过程中合理规划工艺剧，指导设计，解决芯片升级带来的影响生产的风险。

  目前，全球晶圆制造大多选择了工艺布局中空间利用率最大化的概念，在洁净面积有限的前提下，尽量布局更多的工艺设备。大多数空间布局也选择了港口式的集中布局。主要空间布局包括，扩散、黄光、干式刻蚀、湿式清洗与刻蚀、薄膜、化学研磨、量测等。

  产业发展对设备布局的影响

  目前集成电路芯片的技术发展路线，主要可归纳下列几点：

  ●特征尺寸已到达2nm，逼近物理极限，对于光刻、刻蚀等工艺挑战极高。

  ●极紫外光刻设备，需要预留较大的空间与结构荷载，并对于微震耗电量热负荷等都有较高的需求。

  ●高度系统集成芯片已成为主流趋势，将大幅度提高后道金属工艺复杂性，增加光罩数。

  ●为提升产品良品率，在线检测设备大幅度增加，部分关键工艺将由抽检改为全检方式。

  ●三维构建增加，将提高成膜厚度，拉长节拍时间，需要更多腔体满足产能目标。

  ●新材料应用渐增，需预留特气化学品扩充弹性，与充足之相对应废水废气处理能力。

  由于产品的特征尺寸极小化，关键区域空气分子物污染的防治已经是刻不容缓。

  适合产业升级改变设备布局的风险

  面对工艺技术的不断提升，工艺设备与布局也需要常态性的调整，这对于已经在运行中的芯片厂而言，无疑是一场灾难。主要的风险可归纳如下：

  ●早期的设备布局概念，虽然将设备布局与空间利用率极大化，但缺乏调整与扩充之弹性。

  ●下夹层设备辅机与动力管道，错综复杂，若动态调整设备布局重新安装接管，势必需要停止产线运行，造成巨大损失。

  ●设备布局的随机调整，也可能造成洁净等级与温湿度失控等不利因素。

  ●关键区域譬如黄光区，若无足够预留空间，也容易造成无法增加设备的窘境。

  ●导入新的工艺技术技术或新材料，往往造成动力系统的额外负担，若初期未考虑预留，新增动力设施往往需要付出巨大的成本。

  ●近年来由于键合设备的导入，大型的系统集成芯片与封装技术也逐步成熟，造成现有的晶圆厂面临极大的改造压力。

  IE在设计规划阶段考量要点

  集成电路芯片的生产工艺布局，有以下考虑要素：

  1.曝光机为芯片生产之最核心关键之工艺，其精确性将直接影响产品之良品率。

  2.曝光机一般与涂布显影机台整合为一体设备，该区域对于温湿度、洁净等级要求、微震等，都有较高的要求，因此在工艺布局规划上，需优先考虑其合理位置。

  3.目前新建厂房主要为12寸(300mm)，相较于8寸(200mm)晶圆厂，需考虑全自动搬送系统(AMHS)。

  4.动力管道与排放距离。

  5.其他考虑因素：包括避免空气分子污染物对于关键工艺的影响、铜制程的扩散隐患、工艺连续性与传输距离、紧急逃生距离与法规限制、回风道设置等。

  合理的工艺布置，能有效缩短工艺站点传输距离、并兼顾动力供应与排放之距离、同时避免空气分子污染物对于关键设备之影响、降低潜在微震源对曝光机或光学检测设备之影响等优势。

  常见的三种分期模式：

  1.横向分期模式，土建部分一次完成，设备动力与空调等系统按照计划逐步分期实施。能最大程度节省初期建设费用，空调与动力系统均按照生产设备进场实施点进行扩充，并且二期部分实施对于一期生产影响较小。这种分期方式的缺点是工艺的功能区域无法集中，分散的功能区域容易造成后期运行管理与派工的混乱。

  2.纵向分期模式，土建部分同样一次完成，隔板竖向穿越中央物流通道，相较于横向分期模式，能最大化保留了集中式的功能区域分布。但一期运转阶段空调的气流分布不均，仅依靠单侧回风通道，对于关键工艺需进行气流模拟与优化调整。

  3.混合式分期模式，土建与机电空调一次完成，仅针对设备安装进行分期，由内而外逐步安装。这种方式对于一二期间隔时间较短有其优势，无需进行物理隔断，功能区域能按照最优的方式进行布置。

  前期可依照不同客户需求与目标，进行多个不同的分期方案比较，兼顾实施风险与初始投资。

  生产路径优化具体过程如下：

  1.根据工艺流程与工艺布局，完成From To表。

  2.根据From To表，计算搬送距离。

  3.确认主要的搬送瓶颈。

  4.调整关键设备功能区位置或分散部分瓶颈设备。

  5.重新制作FT表，并计算搬送距离。

  目前12寸芯片厂，由于全面采用了自动搬送系统，大幅度提升了搬送速度与效率，搬送距离已无法造成生产瓶颈，但从运转节能角度来说，仍然有优化之必要性。

  无论是技术还是规模，全球晶圆制造都不断挑战物理极限。为了追求成本控制，设备布局必须考虑更多因素，提高整体灵活性，考虑运行效率。在空间利用方面，部分非主要设备，如线下测量，布局在支撑区或清洁下隔断区。WAT或部分检测设备等无设备辅机的工艺设备，脱离主厂房洁净区，或布局在支撑区，节省主厂房空间，为瓶颈设备提供更大的扩展弹性。工艺流线和路径，选择严格的分析计算，与同类型的生产厂房进行比较，寻找合理的空间布局设备。