客製化及製程複雜 半導體業重視智慧工廠

聯華電子 資訊工程處長 王邦明

由於智慧工廠(生產自動化)具有消除廠內人工作業成本、增加生產線產量與降低循環時間、協助進行產量控制與強化流程發展，可支援更具彈性和複雜度的製造作業方式，以及將營運程序標準化等多項優勢，目前已吸引不少製造業者的導入。聯華電子資訊工程處長王邦明表示，就積體電路產品整體生產流程分析，無論是初步氧化、微影製程、蝕刻、離子植入、擴散等程序，絕大部分動作都是在氧化爐、擴散爐、蝕刻機、離子植入機等機台內直接進行，但由於人員進出無塵室一次的時間成本很高，如何儘量以電腦軟硬體取代傳統人工作業，以降低人力介入的成本，避免人為因素所產生的失誤，即成為聯華電子所追求的目標之一。

另一方面，隨著現在半導體相關科技發展已經趨近於物理現象極限，客戶的要求亦日趨多樣化，使得半導體業者製程的彈性與複雜程度變得越來越高，稍有差錯就會使公司發生很大損失，因此新一代智慧工廠對於智慧系統的發展也非常重視。

王邦明表示，生產線在運作過程中必須大量依賴智慧系統的協助，不斷地對生產步驟依照標準進行相關校正與控制，並即時回饋所蒐集到的各項環境資訊，以做為下一步驟應採取行為的重要判斷依據。而就目前導入的狀況來說，依照應用範圍及達成目標的不同，半導體的生產自動化可再區分為「作業自動化(Operation Automation)」與「工程自動化(Engineering Automation)」兩大部分。

所謂作業自動化，即指在產品由原料到成品之間的整體生產製造過程，儘量利用電腦軟硬體來取代人工進行作業的方式，其目的在於加快產品生產速度、降低人工成本、改善資源投入效率及減少錯誤的發生。

王邦明表示，在目前半導體產業中，各家業者作業自動化的比例及程度均很高。以聯華電子本身機台作業程序為例，從機台裝置設定準備開始，經原物料上機台、驗證裝置與物料狀況、作業啟動、程序執行、資料蒐集、作業結束，一直到移置半成品至下一步驟的機台等程序，以往都是要由作業員依照MES系統的指令，以手動方式一步一步進行操作，而現在搭配EAP系統可控制機台自動執行工作程序、AMH系統負責將原料與半成品在倉儲與機台之間移動、RTD系統分派任務/管理機台的工作排程，與AM系統可自動依工作程序調整機台參數設定至所需狀況等，現在有關機台作業的所有工作步驟幾乎都能由電腦軟硬體獨自完成，無需再搭配作業人員的參與。

至於工程自動化的部分，則是指在生產過程中，除了上述的加工步驟程序之外，其他需要控制、調整與分析的部分。王邦明表示，以往這些部分只能仰賴員工，依其過往的直覺與經驗進行判斷，但現在透過智慧工廠系統的協助，可以讓工程人員在進行此一工作項目時，能夠做得比以往更好更聰明，這對於企業產品的品質提升會有相當關鍵性影響。

舉例來說，在前端連線控制端，SPC系統可根據以往的歷史資料進行流程控制，APC系統則能依據前一筆產品作業生產結果，即時進行控制。由於生產過程中，機台本身的穩定性對於生產品質也很重要，因此有FDC系統對其進行即時的監控，當透過PDS或Trace Data的檢核方式發現有異常狀況時，即會發出警告並採取相關的處理。

在後台離線分析端的部分，在接收到由前端每個不同機台設備所蒐集到的多樣化資料後，工程師即可透過FDC系統在後台端對這些資料進行微觀歷史分析(Micro-view Historical Analysis)，亦或是藉由EDA系統的幫助，執行歷史工程資料分析(History Engineering Data Analysis)的工作。這些分析可協助工程人員找到問題及異常現象可能產生的原因，並據以提出因應對策後，再將相關指令送回前端系統進行控制調整的動作，除了能大幅減輕工程人員的負擔外，也能夠同時提升其決策品質與效率。

聯華電子在智慧工廠發展的下一步，將會針對倉儲與機台、機台與機台之間的原料或半成品調動方式進行改善。過去配送是要等到機台完成前一批產品後，AMH系統才會將物料調動至該機台上進行生產，中間會有閒置等待的時間產生。如果能改為在其完成前，即將所需物料做好相關調度，對於縮短工時會有所幫助。

未來智慧工廠所需面臨的新挑戰，王邦明認為不乎外是Predicable PM、Virtual metrology、Waste Time reduction、Material consumption及Intelligent Data mining這幾部分。舉例而言，除了需要具備可根據歷史記錄與機台的使用狀況，預測機台維護更新的週期，以避免因不適當或非預期性的停機而導致公司蒙受不必要損失的能力外，由於現在市場競爭激烈，產品研發速度與更新頻率很快，公司接到以往未曾生產過的產品訂單機率即大，智慧工廠也應該要有能力在缺實機操作的記錄與經驗下，根據以往既有的處理工具資料，推測出該產品所需的機台相關設定與製造品質為何。