【台積電先進製造的秘密】
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」。現在台積電10奈米的生產週期目前約1.1到1.2天。
為何台積電的製造能力能夠遙遙領先對手?
生產週期已是產業勝負關鍵。一位台積客戶主管表示,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,台積與三星的7奈米競賽。台積的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不相上下,但製造管理,不如台積。最先進的7奈米智慧型手機IC,內部結構高達一百層,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。台積十二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,場內三千台生產機台,每天會產生八百萬的派工命令,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到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。
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