半导体制程先行批管理

1. 引言

1.1 先行批的定义

         先行批是指从主批次中拆分出的子批次，用于在正式量产前对特定工序或工艺段进行验证。其核心目的是通过小批量试运行评估工艺稳定性，识别潜在风险（如缺陷模式、设备匹配性），从而降低主批次的质量波动（Yield Loss）和报废（Scrap）风险。

1.2 先行批的应用场景

        在半导体制造中，先行批的引入主要基于以下两类关键需求：

1. 设备/工艺变更验证
   1. 当关键制程（如光刻、蚀刻、薄膜沉积）发生 Recipe调整 或 治工具更换 时，需通过先行批验证改机后的工艺窗口是否满足规格。例如：
      1. 刻蚀机台的 气体流量参数优化后，需验证关键尺寸的均匀性；
      1. 化学机械抛光（CMP）的 抛光垫更换 后，需监控表面粗糙度（Ra）和去除率（RR）。
   1. 若直接投入主批次，可能因未收敛的工艺参数导致 批量性偏移或 跨站失效。
2. 加速流程验证

     对于长期未运行的制程（如低产能产品线），重新启用时需进行 全流程验证。然而，半导体制造周期（Cycle Time）较长（如90nm逻辑制程可达30天），若等待完整验证后再投产，将导致 订单交付周期恶化。此时可以有效的利用先行批加上订单交付：

• 主批次正常投片，仅在 关键制程节点（如Gate Oxide生长、Via Etch） 拆分先行批进行 分阶段验证；
  • 验证通过后，先行批与主批次重新合并，继续后续制程。此方法可缩短 验证周期达40%~60%。

1.3 先行批的行业意义

• 风险管控：避免因工艺未经验证导致的 批量性报废，尤其对高价值晶圆（如GaAs RF器件、3D NAND堆叠层）。
• 成本优化：相比全批次验证，先行批的物料损耗可降低70%以上。
• 合规性：符合 IATF 16949 车规芯片对变更管理的强制性要求。

2. 先行批管控方案

      为了满足管控场景需求，方案中需要设置以下关键节点：

       Wait站点：主批次在此等待，直到先行批完成验证并合格。

       验证工艺段：先行批从主批次拆分后，独立运行目标工艺段（如Step 1→Step 3），进行小批量验证。

       评估站点：对先行批的工艺结果进行检测与数据分析。

        Pass/N判定：若结果合格（Pass），主批次从Wait站点释放，进入后续制程；若不合格（NG），触发返工流程。

       合并站点：先行批验证通过后，与主批次重新合并，共同进入Step 5及后续流程。

3、凯睿德MES系统实现

3.1 先行批设置

        在凯睿德MES系统中，针对先行批管控场景，能多维度的配置先行批是否需要进入一个评估站点或一个评估流程，主批批wait站点及释放条件，先行批与主批次合并站点等信息；

3.2 制程跟踪

主批次wait等待先行批结论；

先行批评估，待先行批有结论后，主批次才能释放；

总结：先行批管控是半导体制造中 “验证先行，风险隔离” 的核心方法，通过 小批量试运行→评估→主批释放 的闭环逻辑，平衡了工艺开发效率与量产稳定性需求。

凯睿德MES为专注于半导体行业的MES系统，针对半导体行业制程，具有广泛的开箱即用的行业功能方案。