晶圆制造背后的隐秘与伟大

过去五年，中国半导体产业迈入前所未有的高速发展期，随着国产芯片逐渐登上主舞台，数以千计的芯片公司遍地开花。国内晶圆代工厂商也纷纷将12英寸晶圆厂列为投资重点，预计中国大陆未来5年（2022年-2026年）还将新增25座12英寸晶圆厂。

半导体制造行业属于工业制造的最高级别，以去年IBM官宣的2nm制程为例，生产制造的步骤可以高达数千步之多，生产周期动辄需要两三个月的时间，这其中任何一个环节出差错都会直接影响良率和效率。

因此，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的CIM系统发挥着无可替代的作用。目前国外成熟的代工厂大约99%以上的执行和决策都依赖于CIM系统。海力士无锡工厂是其全球月产能最高的工厂，月产能为20万片，年产值接近300亿美元，却只有180个工人三班倒，这就是CIM生态发挥巨大效用的标杆。高效可靠的半导体CIM工业制造软件成为了支撑晶圆制造背后的隐秘与伟大。

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沉浮二十载，一朝破晓

都在说，国内半导体的破局极为困难，在堪比“制造环节EDA”的CIM领域中更是如此。CIM是生产控制类工业软件的“大集成”，集数十种工业软件于一身，如制造执行系统MES、设备自动化EAP、先进制程控制APC、实时调度系统RTD、自动排产系统APS等。

在半导体CIM领域，绝大部分12英寸晶圆厂系统都被美国科技巨头IBM和美国半导体设备巨头应用材料所垄断，这两家企业就占有了全球80%以上的市场份额。IBM更是凭借着其强悍的“know－how”能力，始终保持着领先地位。

在这样一个门槛极高的领域，没有经验累积的中国企业想要突破重围更是困难。但随着1999年上扬创始人吕凌志放弃新加坡外国专家待遇回到中国创业开始，犹如投石击水，中国CIM行业发生了微妙的变化。

这是一次偶然的契机：绍兴华越上一条五吋线进口购买日本设备，但忘记采购CIM系统的主要子系统MES系统，如果再去购买日本MES系统就需要花费一百多万美金。当时负责人找到吕博士，问他：“你能不能做？”尽管此时的吕博士已经拥有新加坡外国专家待遇，但他依旧不断的追寻自我实现的价值感，加上游子归家心情也正驱使着他寻找机会回国。

于是，他义无反顾地答应了。2000年，吕凌志和上扬软件最初的12名员工一起完成了绍兴华越微电子五英寸晶圆厂的MES项目开发，同年在华越上线使用。这是上扬软件的第一个半导体MES项目。也是中国本土自主研发的用于晶圆厂流程的第一套MES系统。

创办上扬软件的第二年，整个上扬公司一张订单都没有收到。吕凌志回忆道：“那年过年别人问自己‘今年赚了多少？’当时总会很尴尬，但今天回想起来，为什么自己当初会坚持，也只能说是一种‘迷信’明天会更好的。”

在不断的坚持之下，2019年，上扬推出的新产品myCIM 4.0填补了12英寸半导体产线MES系统国产化的空白，成为国内率先拥有自主知识产权的半导体全自动化CIM软件方案的软件公司。

现在，上扬是中国CIM赛道的领航者，经过20多年的经验积累，逐渐具备了无可替代的优势。可能上扬也没想到，坚守二十年后，“一不小心”成为了国内半导体智能制造软件领航者，更是在自主研发的道路上越走越远。

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“稳”成为领航的核心能力

不同英寸晶圆厂对于智能化要求不一，4英寸线到6英寸线以人工为主，8英寸以半自动厂为主，12英寸基本都是全自动。12英寸产线前道晶圆制造，其困难程度可以用“半导体工业软件的珠峰”来形容。

在12英寸方面，CIM系统的研发、中试、量产对于软件的要求有着天壤之别。即使企业已经突破了12英寸的研发和中试，但如果想要继续突破量产，必须具备实际的工业场景应用。为了保证12英寸晶圆制造近1000道工序的顺畅运行，需要经过项目不断地试错，不断地积累经验值，最后才能成为一款应用于量产线的成熟软件产品。

因此，作为一个技术和经验结合的硬科技领域CIM软件需要不仅是专业的团队，更需要团队具备丰富的行业知识和项目经验（know-how）。并且CIM软件的成熟度往往是与客户案例的数量和质量挂钩的，具体体现在这款软件可用于多少条产线，能支撑多大量产能力，使用年限等。

实际上，CIM行业追求的就是一个“稳”。无论是8/12英寸的晶圆厂，每一次停产都是会造成巨大上千万美元的损失，因此如果是软件造成的损失对于晶圆厂来说是非常致命的。所有的晶圆厂都需要一个稳定、成熟的CIM系统。

无法一蹴而就成为CIM领域的特性，一个企业直接从4、6英寸CIM系统量产直接跳到12英寸量产是不现实的，而正是因为有了8英寸量产突破的基础，上扬才开始稳步进行12英寸CIM的研发。

“稳”成为了上扬领航的核心能力。

第一，团队“稳”。

由于涉及到众多环节，开发CIM需要非常深厚的积累和沉淀，既需要对半导体行业有深刻的认知，也需要具有工业软件领域的基础。因此，CIM行业中的人才需要有两个方面的背景，一个是对于晶圆厂本身生产工艺的了解，另一个是具备IT技术和知识。

上扬的稳，表现在核心团队稳。上扬的核心管理团队非常稳定，基本上都是跟随上扬成长20年的老员工，本身对CIM行业有相当强的洞察力。在技术团队方面，上扬现在有近20名的IT技术专家和行业专家。

上扬软件的技术团队中有好多位技术专家来自于成熟晶圆厂生产或IT领域的行家，这无疑凸显上扬软件充分掌握了半导体行业的Know-how。

第二，技术“稳”。

上扬软件作为CIM整体解决方案的提供商，不仅能够提供稳定成熟的MES服务，还有EAP（设备自动化系统）、APC(先进制程控制)、FDC(设备故障侦测与分类软件)等其他成熟的子系统。

上扬软件的FA EAP非常有优势，可以适用于半导体6/8/12英寸晶圆制造厂和先进/传统封装厂，使用易用的开发工具便于系统开发，上手简单，并且EAP Server以服务器模式运行，控制设备自动化跑货，利用Backup Server和Failover机制保证EAP Server不宕机，还具有良好扩展性，易于与其他系统集成，如MES，MCS，SPC，RMS，FDC，APC等。

而先进制程控制（APC）应用Run-to-Run控制方法，利用数据的正向补给和反馈来有效的监控制程过程与设备状态以及调整制程的偏移，消除对制程的各种干扰，以提高产品良率。上扬软件的APC目前已经出口美国，作为国内CIM领域首次出口，这也证明了上扬APC的实力。

在设备故障侦测与分类软件（FDC）方面，上扬在今年进行了产品升级，布局CIM子系统。在备数据的高频次采集方面，频次非常高，至少支持100毫秒的频率，约为10HZ；还拥有基于深度学习进行边缘AI计算，提高高频数据采样的效率，甚至达到100HZ。与市面上多数国产FDC产品采用的单变量分析相比，上扬的FDC系统使用多变量分析，利用大数据技术，支持多元数据分析。

保证系统的稳定性，是上扬的技术”稳“。

第三，迭代“稳”。

由于CIM系统的重要性对于整个晶圆厂来说堪比大脑，晶圆制造企业在投资建厂时选择供应商上就更趋严格保守。晶圆制造的复杂流程，任何环节出现问题都会影响最终的良率和芯片，也正是因为这个原因，使得CIM系统必须持续升级迭代，才能满足和支撑行业的快速成长。

CIM行业需要积累，如果没有突破8英寸量产，需要想去突破12英寸的量产是不可能有这样的跨度。上扬的技术迭代从4、6、8、12英寸稳步进行。在2000年，上扬满足了绍兴华越5英寸晶圆厂MES系统的需求，实现零的突破。

在工厂产线的不断应用迭代下，这套系统后来又被用于上海新进半导体6英寸线。之后，应用于士兰微电子6寸量产线的MES已支持24万片/年。有了客户零的突破，上扬软件MES系统的迭代推进就变得顺畅起来。去年，上扬软件开始全力推进其12英寸量产线MES系统的研发迭代。在未来，上扬还计划继续迭代，完善自身EES系统的研发及其它软件产品的研发升级。稳定的迭代，是上扬领航CIM领域的又一原因。

在国内CIM群雄并起的时代，攻略工业软件领域的市场“高地”绝非易事。深耕行业二十年，上扬有自己始终坚持的初心：客户导向，技术为本。

2021年年底上扬收到非常多的客户感谢信，包括北京唯捷创芯封测、西安卫光6英寸VDMOS前道、中芯绍兴8英寸线、义乌晶澳光伏组件等客户，都对上扬提供的解决方案表示满意。

在今年7月，上扬软件为隶属于豪威集团旗下的豪威半导体（上海）有限责任公司开发实施12英寸半导体量产线的CIM“全家桶”解决方案。其中囊括了：制造执行软件MES myCIM、SPC、EAP、RMS、APC、FDC、YMS，控制管理每一片晶圆在数百台设备间的流转以及生产过程中的近千道工序，实现12英寸晶圆厂的智能制造。

第四，融资“稳”。

上扬软件的坚持获得了回报，资本用自己的方式给出了答案。2017年，上扬软件获得了深创投的A轮融资；2019年获得北京屹唐华创、上海物联网的B轮融资；2021年5月，上扬软件完成以国家大基金、哈勃资本领投的数亿元C轮融资。在资本紧缩的今年，上扬软件依旧获得了上海半导体装备材料基金领投，青岛中科育成，水木梧桐创投，苏州安芯同盈跟投的数亿元D轮融资。

第五，内心“稳”。

企业文化是企业的内心和灵魂，上扬软件的企业文化始终秉承诚信、善良、勤劳，简称为“诚善勤”三字经，诚信经商、善良为人、勤劳肯干，善待客户、员工、股东、合作伙伴是每个上扬人的行为准则。

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下一个十年，未来追赶点在哪？

随着国际环境日趋复杂，CIM面临潜在的制裁风险不得不警惕。12英寸复杂工艺流程都是通过CIM来执行的，随着工艺的不断升级，如果国外直接禁止CIM的使用，那意味着高端芯片将难以制造出来。如果半导体制造软件也像EDA软件那样被卡，那么国内的全自动化的12英寸晶圆厂将难以开工。

随着中美贸易摩擦加剧，美国已经开始对国内的半导体制造进行了限制。CIM系统是负责晶圆制造厂生产过程的全管理，如果未来卡到软件层面，那么对国内制造影响极大。因此，上扬希望能够发挥底线思维，制造属于自主可控的CIM软件。

现在，从4英寸到12英寸的晶圆制造厂，都可以看到上扬软件的身影，4~6英寸产能够达到20万片/月，8英寸产能达到10万片/月，12英寸已经突破了研发线、中试线，产能可达5000片/月，非晶圆代工厂的12寸量产线，月产能也达到了15000片。

未来，上扬计划持续研发12英寸全自动晶圆厂量产线智能制造软件CIM/MES，突破12英寸全自动量产线MES的垄断；并在未来，实现泛半导体智能制造的“铁人三项”，即完成CIM软三项：MES, EES, Full Auto (Auto1→4)，以及智造硬三项：信息化 (CIM), 自动化 (AMHS+MCS), 智能化 (Big Data + AI）。

来源：半导体产业纵横

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