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ASML光刻机采用全线西门子数字化解决方案

2021-10-12 19:22:17


针对半导体装备企业西门子提供未来蓝图半导体装备的研发是光、机、电、软协同研发,光学设计软件西门子没有,但是通过Teamcenter集成可以将光学设计工具集成到产品数据管理平台,从而实现光机电软的协同研发。


西门子完整解决方案支持半导体装备企业数字化转型!

半导体装备是光、机、电、软等技术构成的最为精密和复杂的工程设备,涉及众多学科,是现代科技成果的最高体现,它的发展进步是推动集成电路持续发展的主要原因,其价值占半导体制造设备总投资的20%以上。

当今国际形势日益复杂,中美贸易战前景不明,芯片技术是美国制约我国科技发展进步的最重要手段之一,如果没有自主的半导体装备,微处理器、存储器等一系列与处理器、大数据、人工智能等各发展领域的芯片技术都会受到制约,一旦没有了这方面的设备供应,芯片技术的生产发展就会成为无源之水、无本之木。

半导体装备涉及的技术代表了一个国家工业发展水平高度,以此为目标,可以持续推动国内各相关工业领域发展的持续发展,会推动一个国家的工业实力持续提升。

最近由于中美关系的不确定性,中国的高科技企业不断受到美国制裁的影响,因此国家决定在很多领域内研发自主安全的设备、系统及应用,特别是高科技企业,首当其冲是芯片半导体相关企业。半导体装备正是在这样的国际关系背景下去逐步发展壮大起来的。

经济全球化趋势越来越严重,中国市场已经对整个世界开放,因此虽然是自主安全设备也面临着全球竞争压力。特别是各种半导体设备,被欧美日韩等资本主义国家垄断,只有不断提升自身核心竞争力,不断提高半导体装备自主研发能力才能立于不败之地。

为了更好地适应国际环境,提高企业自身核心竞争力,加快半导体设备研发效率,半导体装备必须走数字化转型之路,提高国际地位及影响力,在半导体智能装备领域内起到领头羊的作用。

半导体装备组成如下图所示:


ASML光刻机采用全线西门子数字化解决方案

整机软件系统 是半导体装备的大脑,负责管理上述各个分系统的动作,按照优化的流程和逻辑顺序,向各分系统分发动作指令。

整机控制系统 是半导体装备的神经系统,负责对半导体装备内部各分系统和数百个独立控制对象,按照百微秒级的时间周期实施同步控制,使半导体装备内部这数百个技术单元,按照统一的步调进行协同工作,完成各项设计既定的逻辑动作。

硅片传输系统、掩模传输系统 用于物料的快速交接。

对准系统、调焦调平系统、干涉仪系统、像传感器系统 用于半导体装备内部物料位置、运动机构位置、各关键物理对象的高精度测量。

工件台系统、掩模台系统 用于对物料在曝光过程中的高速驱动和精密定位。

大功率ArF激光器和曝光系统 实现芯片版图的投影曝光。

荷兰半导体装备巨头ASML已经全面采用西门子解决方案进行半导体装备研发、制造过程。下图为ASML采用的西门子相关产品及工具。


ASML光刻机采用全线西门子数字化解决方案

针对半导体装备企业西门子提供未来蓝图


半导体装备的研发是光、机、电、软协同研发,光学设计软件西门子没有,但是通过Teamcenter集成可以将光学设计工具集成到产品数据管理平台,从而实现光机电软的协同研发。

电子电路设计采用Mentor进行PCB设计,设计完成后进行可制造检查分析,电源完整性,信息号完整性仿真分析,然后编制PCB工艺规程,最后通过现场MES管理进行生产制造加工。

软件工程通过西门子的ALM软件生命周期管理,管理软件的需求、软件的测试与质量、问题与缺陷、软件的更改、软件变体及软件的构建和版本。

机械结构采用西门子的NX进行半导体装备三维设计,然后通过各种仿真工具进行结构仿真,流体与热力学仿真,光学仿真,光刻仿真,机电联合仿真,运动控制仿真等确认产品设计合理性;然后进行DFM分析,确认工艺合理性,进行基于三维模型进行三维结构化工艺编制,数控加工仿真。在MES管理下进行产品的生产加工,对于产线进行工厂布局仿真,物流仿真,瓶颈工位分析和产能仿真,虚实结合等工厂仿真,最后生产出的产品与光学部分,电子部分,软件部分一起装配成半导体装备。

半导体装备安装完成后建立数字化调试系统,编写结构化调试大纲,将调试大纲下发到调试MES系统,做好调试排产;然后进行调试,采集和记录调试数据,最后做调试数据分析,输出调试报告。

当产品调试合格交给用户后,使用西门子的MRO系统进行维护维修工作,记录每个台份半导体装备产品的批次号及序列号,并根据用户问题记录服务内容,编写结构化服务工艺,记录每次串上换下零部件,带上备品备件现场进行服务,并更新半导体装备维护BOM。


ASML光刻机采用全线西门子数字化解决方案

针对国内半导体装备企业西门子解决方案总体框架如下:


ASML光刻机采用全线西门子数字化解决方案

功能框架如下:


ASML光刻机采用全线西门子数字化解决方案

半导体装备的研发制造必须通过数字化信息系统手段进行辅助才能够实现,因此半导体装备数字化转型是企业的关键,半导体装备企业数字化转型的目标是:

  • 实现基于IPD的光、机、电、软协同设计,缩短研发周期,加速产品上市;企业构建IPD团队,实现多专业的协同设计,打破各个部门间的壁垒,在系统工程的设计方法论指导下实现多专业协同设计。
  • 实现基于MBD的自顶向下的设计、仿真一体化,提高产品设计质量;构建三维设计标准与规范,并建立标准件库,自定义特征库,元器件库,仿真材料库,仿真模板库等知识库,实现设计仿真一体化。
  • 实现半导体装备整机BOM管理,实现基于全BOM的配置管理,控制产品更改过程,管控产品技术状态;基于整机BOM通过配置器进行半导体装备产品配置管理,并通过技术状态管控,实现问题正反向追溯。
  • 构建多团队,异地协同及供应商协同研发设计环境,为半导体装备研发制造提供基础保障,加快产品研发效率;通过PLM平台的构建,实现多专业协同,部门间协同,异地协同及供应商协同,将研发制造过程中涉及到的企业,部门,个人全部纳入平台进行管理,缩短彼此沟通的时间,加快研发效率。
  • 实现软件全生命周期的管理,管理半导体装备所需的各种软件的需求管理,软件的测试与质量管理,问题与缺陷管理,软件的更改管理,软件变体管理及软件的构建和版本管理。

基于西门子的Teamcenter平台,希望早日看到国内半导体装备企业转型成功,跻身世界强手之林!