本文来自半导体行业观察。
受全球消费市场需求拉动，芯片产业继续保持强劲增长态势。近日，行业权威机构世界半导体贸易统计协会(WSTS)预计，继2021年强劲增长26.2%后，2022年全球半导体市场将再次实现两位数增长（16.3%）至6460亿美元。麦肯锡研究报告《引领半导体产业的战略》则指出，随着自动驾驶、车辆电气化和人工智能对芯片的需求不断增加，整个产业正迎来“半导体黄金十年”。
过去15年来，我国芯片产业高速成长，产值增长近14倍，年均复合增长率达19.2%，远高于全球4.5%的增长率，但芯片进口比例特别是高端芯片对外依赖度依然较高。中国半导体产业要想抓住黄金十年，不仅要在芯片设计、半导体材料、生产工艺等方面加速突破，更要在晶圆厂生产制造系统方面升级迭代、抢占先机——随着国内晶圆厂持续扩张建厂和产能攀升，支撑其生产制造全流程的“生命级软件”CIM系统已成为打造晶圆厂乃至整个产业链竞争优势的关键。
晶圆厂挑战先进制程，
离不开“最强大脑”支持
CIM系统被誉为晶圆厂生产制造的“中枢大脑”，集成了生产执行系统MES、设备管理系统EAP、统计过程控制SPC、先进过程控制APC、故障侦测及分类FDC、良率管理系统YMS系统等一系列关键系统，贯穿芯片生产的生产执行、生产运营和生产控制等关键环节，并对设备和工厂人员进行管控。行业发展至今，芯片生产工艺的复杂度已呈几何级增长，流程也不断延长，驱动着晶圆厂不断追求先进制程的技术突破和革新，这也使得CIM系统必须持续升级迭代，方能满足和支撑行业的快速成长。
依据目前的工艺制程，一片芯片的生产工序至少需要经历数百道甚至数千道工艺和数百台设备，每台设备仅运转24小时就能产生TB级的海量生产数据，这就需要生产制造系统必须能够应对和处理海量复杂数据，并针对日趋严苛的晶圆制造需求提供生产控制与支持。因此，CIM系统首先需要具备高稳定性高并发处理能力，更重要的是，贯穿生产全过程的系统研发还需要具备丰富的半导体know-how。
“晶圆厂随着工艺制程复杂度的提高，在生产管理，工艺控制的都面临巨大的挑战，这对CIM系统的智能化、系统功能的精细化程度提出了更高的要求，半导体CIM系统的价值更加凸显。以格创东智为例，我们为半导体行业打造的新一代工业4.0智能工厂，通过智能软件让设备更智慧、让工艺控制更精良，突破传统自动化产线瓶颈，帮助成熟制程产线提高产能、降低生产时间，针对先进制程还可提升产品性能、优化生产和工艺设计等。”格创东智首席架构师、半导体软件产品研发负责人肖长宝对半导体行业观察表示。
“格创东智已获工信部遴选认证为“2022年跨行业跨领域工业互联网平台”，作为我国源自半导体制造行业的双跨行业平台，格创东智不仅擅长于半导体等尖端制造业的工业软件和系统研发，更是国内为数不多的提供全栈式工厂集成服务的行业头部厂商，服务涵盖从整厂及多厂数字化咨询和方案设计、信息化落地实施交付及后续运维，并基于“生产-分析-预测”全新的视角构建半导体行业工厂生产系统，其自主研发的CIM具备行业领先的核心技术实力和赋能能力。
不只拼软件：整厂能力
是CIM成功落地的基石
对晶圆厂而言，具有至关重要作用的CIM能否成功落地，不仅取决于软件自身的技术实力和成熟度，还需要CIM厂商具备丰富、全面的整体规划设计与实施经验。特别是在行业上下游生产合作日益紧密、新一代CIM甚至包含多达数十款复杂系统的今天，仅仅聚焦MES或几个子系统单点需求，逐步增补、楔入其他系统甚至是外厂系统的“缝合怪”模式，正日益显现出其商业套件功能重复度高、系统集成工作量大的核心缺陷。
因此，整厂能力——服务商是否具备技术领先、表现稳定的自研全栈式解决方案，并且熟知如何在整厂、多厂甚至是产业链上下游的贯通协作中，通过前瞻式规划与精密实施，让数十个功能各异又相互关联的系统得以完美对接、整合，已成为下一个十年晶圆厂CIM成功落地的基石。
作为国内为数不多的自研产品在产业链上中下游均已落地的厂商，格创东智服务的半导体客户已涵盖半导体材料、晶圆制造、封装测试及半导体设备，其智能工厂全流程全栈产品和解决方案覆盖生产运营、品质良率改善、设备健康、能耗管理等多个领域，并通过利用新技术重构传统软件的技术架构，更好地支撑高并发、低时延、精确稳定的业务场景，在集成大量复杂、非原生系统方面表现优异。
以其在国内某8寸厂实施的整厂CIM项目为例，格创东智帮助客户实现了从硅片、晶圆生产、封装测试、到成品组装，多工厂、多车间的生产管理、质量控制和工艺优化，是国内率先真正落地前中后道的全栈CIM案例。而通过完成多业务、多流程、多系统的数据拉通，客户得以实现从原材料拉晶到成品组装的全流程追溯管理，极大地优化了多个工厂的管理效率，MES与EAP协同已达领先水平。
全栈产品与整厂能力的背后，是格创东智700多人并不断壮大的半导体专业团队。其中，肖长宝、徐磊、黄圣翔等一批核心技术专家曾服务于英特尔、IBM、应用材料、台积电和士兰微等国内外半导体头部企业，平均行业经验超过15年，在6/8/12寸晶圆厂建厂和CIM、MES、EAP、APC、FDC等系统建设方面均拥有丰富经验，具备强大的研发、交付能力与规模化能力。
谁能跑赢下一个十年？
创新技术应用成破局关键
随着越来越多的晶圆厂将CIM视为跑赢下一个十年的重要赛道，如何在这场比拼中充分挖掘、发挥CIM的更大价值就成了必须回答的问题。尽管业内普遍认为，支撑晶圆厂各环节生产是CIM系统的“基本盘”，但也有部分头部厂商提出了更具前瞻性的看法。
“在实现自动化、信息化后，对晶圆厂更具价值的，则是充分调用制造中源源不断地产生的数据资源，通过大数据分析和智能预测，实现全自动化控制，真正实现无人智能工厂。面对全球疫情反复和日益严峻的产业链安全挑战，这对于自动化程度高、产能扩张挑战与日俱增的12寸厂愈加重要。”格创东智半导体专家黄圣翔表示。他曾任职台积电等行业头部企业，主导过大量半导体MES、EAP、APC、ERP等建设工作，深知数据价值对于晶圆厂特别是12寸厂的重要意义。
以晶圆、封测厂除产能外最为关注的核心指标良率与品质为例，其与工厂效益和利润率息息相关，而随着产能的攀升和工艺的优化，对生产良率的影响因素越来越多、各影响因素之间的复杂性也不断提升，且存在大量隐藏影响因素，难以通过传统的经验进行识别判定。良率与品质问题，已成为阻碍半导体企业实现高速成长的主要“拦路虎”。例如，晶圆生产中的关键制程CMP（化学机械抛光）工艺复杂程度高，对材料去除的均匀性、高生产效率和低成本有严苛要求，依赖人工在站点对膜厚进行抽查，同一批次、不同批次膜厚异常分析难以开展，不仅检测的效率和准确率亟待提升，且难以及时发现导致缺陷异常的因素。
而通过技术创新，格创东智在品质方面推出了组合丰富且完整的多样化产品，涵盖良率管理系统YMS、单因子监控系统SPC、多因子分析系统MFA、视觉检测系统ADC和大数据分析中台等。这些产品组合背后的原理是，通过采集、处理、分析海量的结构化和非结构化数据源，进行识别与监控、智能分析，充分挖掘出潜藏在生产过程中的多个影响因素，及时实现品质预警、品质追溯、良率预警，以大数据分析结果倒逼制程优化，避免不必要的品质损失。
针对前文提到的CMP检测难点，格创东智通过搭建大数据平台，充分运用设备端和制程相关的数据参数，建立CMP膜厚异常、缺陷根因的多因子分析模型，将海量影响因素和关联关系纳入考量，挖掘出工程师过去无法识别的相关影响因素；在提升发现异常的时效性方面，则利用虚拟量测（VM），建立模型高精度预测膜厚值并对异常值实时拦截，实现特征值“实时全检”，降低站点抽检频率60%，充分发挥了数据的价值，有效降低了成本。
结语
在半导体产业沉沉浮浮的数十年里，一直存在着重硬轻软的现象，这也是制约我国晶圆厂抢占中高端市场的重要因素之一。而随着近年来始料未及的缺芯潮，以及随之而来的建厂潮，越来越多的晶圆厂已开始意识到芯片生产制造相关软件的重要性，“以柔克刚”解决生产中的难点痛点。
因此，我们也期待着未来有更多像格创东智这样的国产软件厂商，能够具备丰富的整厂能力和创新的技术优势，协同更多硬件厂商、制造工厂为中国半导体迎接黄金十年保驾护航。
