MES系统概述
1.MES是什么
生产制造执行系统（Manufacturing Execution System, MES）定义如下：MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作，从而既能提高工厂的及时交货能力，改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。MES还通过双向的直接通信在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。
MES一般起承上启下的作用，管理下层控制层，也接受上层计划层的管理。
ERP 和 MES 对比，前者粒度更大
MES 和 SCADA 对比，后者主要负责数据采集，或将参数传给机台。
2.MES管什么
MES包含对生产过程的控制和监督、对机台的管理和对产品良率的控制等主要功能。MES依据工艺流程和调度，将执行命令发布给下层设备自动化EAP（Equipment Automation Process)系统进行执行的过程。对生产过程的控制和监督使生产半自动和自动成为可能。
MES的另一个主要功能是通过对工艺数据的采集和分析，实现对产品良率的控制。对工艺数据的采集和分析包括对机台的数据采集分析和产品的数据采集分析两个方面，旨在及早发现机台问题、产品缺陷和趋势，通过及时修正机台、工艺流程和参数等达到对产品良率提高的目的。
根据虚拟制造和物理制造对业务进行分类。信息物理系统（CPS：cyber phisical system）中业务流程如下：
MES的具体特征需要根据不同行业不同制造厂进行定制化。
以fab厂为例对MES系统需要实施的功能进行分析。
| 首要因素 | 次要因素 | 实施重点 |
|
1.增加产量和收益 2.批量追踪 |
1.配方管理 2.提高机台使用率 3.精确的生产排产 |
1.工序 / 详细排产 2.产品追踪 / 产品系列清单 3.生产数据采集 |
3.MES在fab中的应用
3.1 fab 厂中的CIM系统
CIM 系统由多个子系统构成。
3.1.1 MES
MES（Manufacture Execution System 制造执行系统）是 CIM 系统的核心，它用来管理和控制复杂的制造环境。目前主流的供应商和产品有 Brooks 的FactoryWorksTM，PRI 的PROMISTM，IBM 的 POSEIDON、SiViewTM，Applied Material(Consilium)的 WorkStream DFSTM 等。
3.1.2 MCS
MCS（Material Control System 物料控制系统）负责控制工厂内部物料的传送，找出物料的位置并寻求最佳的传送路径。MES 将与输送任务相关的信息（如 起点、终点、优先级等）交给 MCS，MCS 通过协调 Stocker 和运输车系统。
3.1.3 AMHS
AMHS（Automation Material Handling System 自动物料搬运系统）用来接受 MCS 的搬送指令，负责处理工厂内部物料搬运工具的控制与管理，包括存货的 Stocker 和用来搬送的小车系统。
3.1.4 TYS
TYS（Testing Yield System 良率测试与分析系统）领域主要的供应商和产品有 HPL 公司的 Index 系统和 KLA 公司的 ACE 等。
FT 测试量测设备自动化。
3.1.5 Cell Service
Cell Server 主要是由企业内部的 IT 部门负责开发，它们可以被嵌入到 CIM 系统中，用来完善系统功能。它们的出现为半导体企业提供了增强生产管理的手段，使得整个生产管理工作变得自动化而高效，把分属不同部分的子系统密切的整合到一起，实现控制系统自上而下的无缝连接。目前主要的供应商和产品有 Brooks 的 BAP（Brooks APC Platform）和 ArchestrA 的 Wonderware ArchestrA。
3.1.5.1 YMS 良率管理系统
3.1.5.2 RMS 配方管理系统
3.1.5.3 RPT 生产报表系统
3.1.5.4 APC 先进控制系统，实现实时复杂过程自动控制
3.1.5.5 WIP 在制品追踪，知晓一批货run到哪一步了
3.1.5.6 RCP 工艺菜单管理，按照设置好的规则去跑
3.1.5.7 RTL 光刻板管理
3.1.5.8 EDC 工程数据采集，汇集量测数据
3.1.5.9 PMS 设备保养周期
3.1.6 EAP
EAP（Equipment Automation Programming 设备自动化）又叫 FA（Factory Automation），同样由企业内部的 IT 部门负责开发，它担负单元控制器 Cell controller 或设备使用界面 Equipment Interface 的作用,向上通过 Tuxedo 与 MES 集成，向下通过 SEMI 标准中的 SECS（Semiconductor Equipment Communication Standard） I, SECS II, GEM & HSMS做为通讯规范，与设备和 SMIF 系统集成也有的公司直接定制开发自己的 MES 软件，如上海新进半导体有限公司。包括各种 Cell Server 以及 EAP（Equipment Automation Programming 设备自动化 ）无论是何种软件，都具有以下特点：
（1）详细在制品跟踪管理；
（2）设备使用情况跟踪管理（实时更新）；
（3）记录每个产品的加工过程；
（4）具有智能提示信息，自动触发报警功能；
（5）通过工程数据采集和统计过程控制（EDC/SPC）记录，监控各项工艺参数；
（6）柔性的报表设计，便于新增需求的修改；
（7）能够提供辅助的调度方案。
可把 EAP 看作是 MES 和 机台设备之间的中间层，一个机台只能在服务器上开一个EAP，实现信息传递、数据收集、流程控制的功能。
3.1.7 IoT
物联网系统，获取机台的实时数据，是面向机台而非货。
3.2 fab 厂中 MES 主要功能模块
一．产品工艺流程管理。
对生产线成百上千种产品的工艺流程进行定义，产品的工艺流程包括上千甚至上万个步骤，其中一步错误(例如，选择了错误的机台、错误的制程配方)就可能造成芯片报废。工艺流程管理是芯片厂中最为基础的功能，只有定义好了工艺流程，产品才可以下线生产。脱离了系统，人为控制根本不可能。
二．产品调度。
依据上层企业资源计划(EPA：Enterprise Resource Planning)系统、供应链管理(SCM：Supply Chain Management)系统提供的资源情况及客户的订单情况按照一定的调度算法对产品进行排货。产品调度在根据订单生产的芯片厂中尤为重要，能否按时交货在以客户为导向的半导体制造业决定了企业的信誉及发展。在每天上几十万工艺步骤的芯片厂中如何能使每个客户的产品都准时交付，无疑对产品调度提出了很大的要求，这也是目前MES中调度研究最多的原因之一。产品生产和跟踪，是MES的主要功能。晶圆在进入芯片厂，经过产品调度下线之后，MES依据工艺流程，将执行命令发布给下层设备自动化(EAP．Equipment Automation Process)系统，进而操作机台实现产品的全自动、半自动化生产和对生产过程的跟踪、对生产历史的追溯。目前晶圆制造厂的自动化程度各有差异，基本主流的12寸厂都采用全自动化生产。
三．机台管理维护。
机台作为芯片厂中最小的生产工具单元，有序分布在芯片厂的各个区域。按半导体生产的特性，芯片厂由晶圆下线区、薄膜区、光刻区、蚀刻区、扩散区和质检区等区域组成。每个区域分布着几十到几百个机台不等。一个机台的使用稍有不当就有可能造成产品的报废或者缺陷。机台的意外停机，特别是瓶颈或者关键机台的意外停机都会给芯片厂造成巨大的损失，因此，高效管理芯片厂中成百上千的机台也是MES一个很重要的功能。
四．工艺数据采集分析。
如果说对产品流程的严格控制和对机台的适时保养是对产品高品质要求的前提，那么对工艺数据的采集和分析则是对产品高品质的保证。芯片厂中工艺数据的采集包括两个方面，对日常机台检测的数据采集和生产过程中的数据采集。前者通过对机台数据的分析，旨在尽早发现并消除机台造成产品缺陷、报废的隐患。后者则通过对产品实时数据的分析，对造成数据超出控制范围的工艺步骤及时加以修正，以降低产品报废的可能，同时，还可以对后续的产品提供一定的参考。
五．质量控制。
芯片厂中产品的质量控制涉及到从原材料(裸硅片)进入芯片厂到制成品出厂给客户整个过程。MES对产品的质量控制从产品下线开始至成品包装入库结束包括两方面的控制，一个是通过对生产过程中数据的分析检测对产品质量的控制，该控制通常由相关工艺部门和良率提升控制部门以及质检监督部门一起完成。另一个是产品完成到包装之前的出货质检，是针对缺陷的检测，其目的是保证产品符合出货和客户收货标准。
六．报表分析。
报表并不像其他功能一样直接参与生产操作，而是以上功能的总结。报表根据产品、机台、部门、分类众多。越丰富的报表越能体现芯片厂的生产情况。最为常见的报表如产品和机台的日报、周报和月报等，呈现企业每日、每周、每月产量和机台运行情况等。除以上一些主要功能外，MES还有许多重要的辅助功能，例如，针对芯片厂中“警察”一良率控制部门的样本控制系统。良率控制部门通过样本控制系统在产品生产过程中，采样最合理的批次和步骤进行检测。样本控制系统的使用避免了过多良率检测造成的生产周期延长和过少良率检测造成的产品缺陷风险。针对机台生产能力的差异和产能合理分配的需要而设置的机台约束控制系统，避免了产品对机台污染和机台对产品造成缺陷的风险。
3.3 MES的Process Flow
3.4 采用MES系统带来的优势
参考资料：
b站：《MES 科普》 - 黎明D猫
论文：《芯片厂中制造执行系统的发展与优化》
《半导体硅片加工过程复合控制策略研究及仿真》
《半导体生产线调度与仿真系统研究与实现》
《半导体制造执行系统研究》
《计算机集成制造系统（CIMS）中设备自动化（EAP）设计与开发》
《半导体制造控制领域中EAP的系统设计和实现》
《半导体制造设备产能管理系统的设计与实现》
《半导体工厂综合效率评估系统的设计与实现》
posted on 2023-03-12 13:49 MIXTAPE_208 阅读(732) 评论(0) 编辑 收藏 举报
