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格创东智【工业软件专家访谈】第五期

12吋晶圆厂MES“突围”为什么这么难?

 以下专家访谈实录：

1、半导体CIM/MES的软件研发，在行业内被公认为是极具挑战的"高地"。这个“高地”体现在哪些地方？

半导体领域的生产工业软件统称为CIM系统。它借助计算机的控制与信息处理功能，帮助半导体工厂实现产品的自动化生产。

作为典型的技术密集型科技制造业，半导体制造具有产品种类多、周期短、多批次等特点，生产工艺高度复杂且要求精度高，生产更新及信息变动快，生产成本高、良率要求高，需要工厂对生产过程实施更加精细化的管理。

同时，半导体产业链环节多、周期长，CIM系统可以保证每一个环节的设备都能按照要求来执行命令，并且每一个工艺的参数都没有偏差，每一个晶圆的缺陷都能有据可循，每一台设备都能被高效利用。

这些环节的实现，得益于CIM的四个功能：对生产资料及人力资源的调配管理功能、编程与建模等设计功能、自动化制造功能及质量控制功能。这些功能由不同软件实现。

半导体CIM/MES，尤其是12吋晶圆厂牵引着整个产线的全自动化管控及信息流。人-机-料-法-环，都依赖CIM/MES指令执行各个细节决策。半导体工艺自动化生产流程越复杂，对CIM/MES的功能要求就更高。在无人化基础上，无法靠人眼识别生产步骤或质量，依靠CIM/MES提供完整的功能处理这些生产闭环管理。另外，半导体生产成本高，对系统稳定性，性能及异常处理都有系统高度指标。这些都是半导体CIM/MES的最大挑战。

2、12吋晶圆厂的MES，是否可以理解为“高地”上的“高地”？与6吋、8吋厂比起来，高在哪？

半导体从6吋，8吋到12吋，都存在不同挑战。除了每片晶圆产出的芯片，工艺流程量级增长，对生产工艺流程，材料和生产管理技术的要求更高。半导体MES系统使用，从加工过站记账，数据采集，基础管控，可视化，逐步演变到细致化管控，生产异常监控，事件流程化人机交互管理及更高层次的自动化产线。MES作为12吋晶圆厂的核心大脑， 需要背负更多的完整功能，把各个加工环节，更彻底的串连起来。

8英寸以半自动厂为主，12英寸基本都是全自动。在一座12英寸晶圆厂中，每一片晶圆要在几百甚至上千台设备间流转往复，生产工序超过千道，任何一个环节出差错都会直接影响良率和效率。

一颗芯片需要经过薄膜沉积、光刻胶涂敷、光刻显影、刻蚀、量测、清洗、离子注入等多个环节和工序，在12吋产线中工序甚至可以达到两千步。因此每颗芯片在生产中的数据都十分庞大，其数据量级也随着制程演进而快速增长。根据应用材料的数据，45nm晶圆厂每年的数据量在50TB左右，而28nm晶圆厂年均数据量可以达到80TB，14nm晶圆厂每年的数据量则为140TB。如此庞大数据的收集，流转和处理，对系统有了极高要求。

3、在国产替代上， 12吋厂的MES国产化仍然任重道远，为什么这么难？

重视度不够：相对于EDA等芯片设计软件，CIM系统一直处于价值被低估的状态。CIM中核心的MES系统只占晶圆厂总投资的1%，相比动辄上百亿的晶圆厂，很难引发起行业重视，上游厂商更偏向于使用成熟方案以应对生产中各种问题。

准入壁垒高：CIM作为涵盖晶圆生产所有环节的工业软件，不仅需要开发者拥有过硬的软件实力，还要对每个生产环节了如指掌，并将二者无缝衔接在一起。更困难的是，半导体制造领域还存在诸多技术秘密（Know-how），若非资深行业人士，很难踏入该领域。另外，半导体生产的工艺极其复杂，需要24*7不间断生产，宕机一次，wafer报废了，损失极大。所以FAB厂对于MES系统要求极高，价格高昂也能接受。这导致国产MES很难在正规大厂获得磨练自己的机会。

市场规模小：据Technavio数据显示，2021年~2026年整个CIM市场（包含光伏制造、制药、半导体制造等）潜在市场增长份额为87.2亿美元；另据IDC报告显示，2021年中国MES总体市场份额约为38.1亿元人民币，这种情况下，细分到半导体的市场份额可能会更少。不过，《IDC 中国核心工业软件市场预测, 2022−2026》报告预测，MES软件市场将从2021年的38.1亿元增长到2026年的108.1亿元，五年期年复合增长率为23.2%。

12吋厂MES如果需要贯通整体生产流程，不单只着重于软件开发技术，更重要的是渗透实际半导体加工流程，了解实际业务需求（why），针对不同加工区域场景，把功能设计出来。这个需要一个实际工厂线上把经验沉淀下来的过程。一般人把这个称为OT（Operation Technology）和 IT （Information Technology）的结合。

所以，我们也希望国内12吋晶圆厂可以提供更多机会，让国产系统在产线上实际去验证。如果国内晶圆厂只追随国外大厂系统及经验，那国产12吋MES路会更难走。

4、作为MES供应商，在12吋厂MES项目实施中，哪些能力最重要？

个人认为，第一是要有一个好的产品基础，有一定的半导体行业沉淀并稳定对应多产品（high mix product），高产能（high volume production）场景。其次项目实施团队需有半导体产线业务的经验，并可引导客户正确使用系统，一起推动产线KPIs。另外整体项目实施执行流程 （Project Management）及用户的积极配合也是重要环节。

5、能否结合您的从业经历谈谈，您觉得12吋晶圆厂MES国产化“突围”有什么比较好的路径？

12吋晶圆厂需要的是一个完整的CIM，MES结合不同模块，比如SPC、EAP、RTD、FDC、APC等发挥整体管控。

与其说是突围，不如说是大家发挥各种强项：在一个创新平台上，推出一套更完整方案；在不同产线、不同工艺上，实行工艺与系统技术结合，解决产线预见及未来挑战。国外大厂如IBM，AMAT，Daifuku, camLine, Siemens等都有过实际项目合作案例, 支持SOI，SiC，IGBT等工艺。

但在国内都是各自研发所有模块。在国内经验人员短缺情况下，要独自完成所有系统，尤其MES，需要建立一个真正的精英团队，潜心专注研发。

6、为什么选择加入格创东智？接下来有何计划？

格创东智作为一个年轻的公司，依托于TCL起步，5年来不断对集团内外扩展自己的业务范围，取得了跨越式进步。在传统业务全谱系覆盖的同时，格创东智重点深耕半导体产业，包括智能硬件和CIM的全方位结合，致力于开发自主可控的12吋MES与周边系统。格创东智发端于半导体制造业，具有深厚的半导体基因作为支撑，在CIM新产品的研发方面可以说更加游刃有余。过去20余年，我在IBM专注于半导体CIM的开发和交付，如今也希望为国产CIM的发展贡献力量。因此，加入格创，也是找到了一个发挥自己和团队能力的绝佳机会。

半导体CIM的研发和实施需要一个大型优秀团队的合作，我希望能与研发团队一道，全力以赴，用两年的时间来打磨产品。同时，我也将带领交付团队，做好客户交付服务，并充分调研客户需求，推动产品研发，争取在较短时间里，集格创众人之力打造出自有的CIM total solution。