台積電首度公開智慧製造,張忠謀、魏哲家最關心的神祕數字

作者 | 發布日期 2017 年 06 月 04 日 12:00 | 分類 晶片 , 財經 , 零組件 follow us in feedly

台積電生產主管秀出一張張嚴禁攝影的投影片,剖析如何善用機械學習、大數據,打造出超越三星、格羅方德的製程管理。一位台積公關主管事後都驚訝的說,「他怎麼講這麼多,難道不怕競爭對手拿去抄?」



走進新竹科學園區的台積電總部大廳,會看到牆上英文寫就的三大信條:「技術領導、製造卓越、顧客信賴」。其中,製造卓越(manufacturing excellence)一塊,台積電過去總是諱莫如深,極少談論細節,但在同業眼裡,卻是台積電與三星、格羅方德拉開距離的真正關鍵。

5 月底的 2017 年台灣技術論壇,台積電首度揭露部分先進製造的祕密。首先,共同執行長魏哲家在主題演講時透露,台積電已將當年熱門的大數據、機器學習技術,應用在製程管理,「都是為了降低我們的 cycle time(生產週期)。」

台積電董事長張忠謀去年接受《天下》專訪時,也曾強調「在我們公司裡,生產週期很重要。」

當前最先進的 IC,內部結構像是一個層層疊疊的千層蛋糕,做出每一層所花時間的平均,就稱為「生產週期」。

魏哲家說,早年在 180 奈米的時代(約 15 年前),一顆 IC 內部只有 25 層,但是生產一層得花上兩天。當前最先進的 10 奈米手機晶片,內部已高達 80 層,如果一層還是兩天,便代表一個產品要 160 天、將近半年才做得出來。「沒有人肯等你的,」魏哲家說。

他說,現在台積電 10 奈米的生產週期目前約 1.1~1.2 天。「我有一個夢想,以後要做到一層一天,不能再長。」魏哲家強調。

生產週期已是產業勝負關鍵。一位台積電客戶主管表示,格羅方德的生產週期約比台積慢上 30%,這不但代表同樣一個廠,台積電可多創造三成營收,客戶產品上市的時間,也可快上將近一個月。而一個月,在變化快速的智慧手機業,往往就定生死。

而且,當半導體尺度開始逼近物理極限,生產週期還從生產力優勢,轉化為技術優勢。

例如,台積電與三星的 7 奈米競賽。台積電的 7 奈米,已經從上個月開始試產。而三星卻得等到明年,因為該公司堅持要採用最新的 EUV 微影技術。

一般業界認為三星研發能力與台積電不相上下,但製造管理,不如台積電。最先進的 7 奈米智慧型手機 IC,內部結構高達 100 層,而且部分結構得用到複雜的 4P4E 微影技術,大幅拉長生產週期。

只有台積電有本事,在客戶能容忍的時間,以傳統微影技術生產出 7 奈米 IC。「台積電想先獨佔市場,因為只有他可以做。」一位 IC 設計大廠主管說。

而三星別無選擇,只能等待預計明年性能才能達到量產要求的 EUV 顯影技術,該技術的光線極細,可大幅加快生產速度,但設備價格極為昂貴。

然而,為何台積電的製造能力能夠遙遙領先對手?

答案在技術論壇另一個演講。台積電 12 吋廠技術委員會處長黃裕峰,主講台積電的「智慧精準製造」,也就是類似「工業 4.0」的概念。

他表示,台積電先進製造環境已採用「獨特的專家系統,和先進演算法,類神經網路自我學習的模式」。

在工廠管理部分,10 奈米產線收集的資料量,是過去 40 奈米的 10 倍。台積電以大數據與機械學習的方式,善用這些資料。

以一個月產 30 萬片的晶圓廠為例,場內 3 千台生產機台,每天會產生 800 萬的派工命令,台積電的工廠管理系統,可以在一分鐘之內計算出最佳的生產排列組合。成果是,準時交貨率 99.5%,產品生產週期 1~1.2 天。

第二,是製程精密控制方面,隨著電晶體的尺度小到逼近物理極限,製程要控制的厚度變異量,甚至比一個原子要小。10 奈米世代與 28 奈米相比,控制參數多上 20 倍。

因此,每台生產機台裝了上千個感測器,台積電更發展出精密的調機系統,大數據分析過去累積很多調機記錄,再根據當下的機台狀況,即時回饋一個最佳的調機參數組合,例如溫度、氣體流量、電流等。

第三,工廠一致性(fab matching),要確保在不同廠區生產的客戶產品品質保有一致性。因此隨時監控不同廠區的機台參數,找出生產狀況最佳者,「找出好的模範生,所有人跟他學習,學完之後,就成為我們未來的標準。」黃裕峰說。

(本文由 天下雜誌 授權轉載,圖片來源:科技新報)

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