細數台積電南科14廠極致工藝12看點!

作者: 鉅亨網記者尹慧中 台南 | 鉅亨網 – 2013年10月5日 下午12:03

台積電超大晶圓14廠P1-4內部產線一景。(圖:台積電提供)台積電超大晶圓14廠P1-4內部產線一景。(圖:台積電提供)

台積電(2330-TW)(TSM-US)對媒體展示南科14廠區域內部產線規劃與新進完整布局;該廠也是台積電3座超大晶圓廠(GIGAFAB)12.14.15廠的中生代,近期該廠P5/P6/P7分別處於裝機與加緊趕工階段以因應年底16奈米試產與明年20奈米量產。

無論是在法說或其餘場合,外界長期關注台積電在淨利率能穩定達33%,而不是3%毛利率,或許就是「代工品牌」與「品牌代工」的直接差異:更穩定的表現需要超過450名以上IDM/Fabless客戶形成的大同盟,在一定RD/產能規模與Know how。

而「魔鬼在細節之中」是能驗證台積電實力的方式,而這些自我超越的紀錄大到建廠、小到奈米蝕刻0誤差,也非一人之力能達成。

此次台積電由法人關係處處長孫又文陪同媒體進入廠區參觀與14廠各區主管展示的是生產主力之一的P1至P4;製程能力包含13微米至40奈米與CIS、E-FLASH、HV等。

在圍繞著可信賴、精準技術、快速靈活產能提供者為主軸,與結合綠色工廠形象,記者實地徒步走過廠區,下列將由外到內,再由內到外,細數台積電南科14廠看點:

1.P1至P4 14座標準足球廠

台積電14廠P1至P4在去年佔該公司營收37%,潔淨室面積14座標準足球廠,現有運作規模是在各期從動土到潔淨室完成平均12個月內達標,同時月產規模已從2004年4萬片飆達現今20萬片。

2.P5至P7 20座標準足球廠

台積電14廠P5至P7在未來將陸續展開貢獻,潔淨室面積是P1至P4的1.4倍,製程能力在20/16奈米,7月時工程師1072人、技術員在469人,未來預估投入5000億元與招聘7000名員工。(接下頁)

3.從0到405

P5至P7最先將加入貢獻的14廠P5,是創下了該公司最快裝機速度:1.5個月內從無到有裝好405機台,P5兩層潔淨室面積達到一期的兩倍,並曾有協力廠商一天一早裝機人數達6000-7000人紀錄,在辦公室3000位員工預定明年就要搬入完成。

4.超過100道製程 大於1200產品/200客戶

台積電超大晶圓廠整合製造與工程管理平台,帶來4項優勢:產能彈性、縮短良率學習曲線、加快量產、減少昂貴產品重新認證流程,進而擁有超過100道製程、1200產品、200客戶。

在涵蓋1100萬張製程品質管制圖,單一機台程式超過5000個,單日超過60萬次晶圓傳送量等複雜製造因素,依然創造讓競爭者難以望其項背的生產指標。

5.100%可信賴的產能

Fabless客戶若選擇IDM做為晶圓代工廠,台積電稱這需要IP方面的商業秘密考量,且IDM製造者有資源分配問題,IDM本身產能為其優先剩餘才售出,因此Fabless客戶只能撿吃剩的,或者在設計與製造遭遇嚴重的流程減斤減兩,是一個辛苦的路。

如果他來台積電,台積電稱,這是一個100%全部支援的製造設計過程,台積電100%產能供應客戶,也不以自有產品應用,因此品牌客戶第一優先與必然選擇就是台積電。(接下頁)

6.工作需要的是腦力 比台北捷運還忙的自動搬運系統

台積電稱該公司內工作需要的是腦力而非傳統體力,因此在一些機械重複與單調枯燥操作如搬運/傳送300mm級9.2公斤的產品除了晶圓機器手臂的精準對位,總體更已從1980的手推車運送逐步演變成迄今的全自動車OHT,讓工程師將有限的工作時間投注在更靈活的檢測/監控/研發方面上。

從14廠自動化搬運軌道總長度而言,就達到了台南到高雄的距離,而設計上的層次緊追三鐵共構複雜度與比美東京車站,每天載運量為台北捷運載客量7.7倍,每小時傳送閘口1200次更是台南假日交流道車潮的1.5倍。(接下頁)

7.1:75超人化工廠 經準/效率/多工

由於台積電超大晶圓廠擁有超過1100萬張製程品質管制圖,單一機台程式超過5000個,單日超過60萬次晶圓傳送量等複雜製造因素,在實現精準多工/遠端/生產、搬運、機台自動化的再進化,人機比從8吋廠過去人機比在1:3邁向12吋圓廠1:75。

技術員逐步走向可在辦工室上班,不但可降低長期在無塵室內工作的壓力、更減輕身心的負擔與集中度更高更有效率的工作。而台積電南科廠主管回應鉅亨網提問也指出,人機比未來將隨新製程放量而是需求不排除提高,1:100或更高都有可能。

8.奈米微影/曝光機精準控制

由於台積電晶圓14廠每日生產規模龐大,在客戶數為202個、產品數達到1292種產品,因此製程的精準與奈米級風險管控更重要。

在廠區內當然不乏一台造價超過BMW或波音747的歐系或美系設備、或者是充滿設計感的澳洲設備商;就台積電曝光機台控制精準做到2架對開波音767間距僅0.5公司,而曝光機3秒內加速至100公里與0.3秒內達成交換曝光都是後續要做到100%無缺限的基本要求。(接下頁)

9.奈米蝕刻

無論乾式/濕式蝕刻工藝,都要做到「吃燒餅不掉芝麻」,直線精準度而言,是台北到高雄僅有0.1公分誤差。

10.綠色生產線

綜觀整廠,台積電在獲2013道瓊永續指數半導體及半導體設備組Group Leader之際,14廠廠辦早先已分別取得綠建築多項認證。

台積電稱14廠每晶圓單位面積用電量是較國際標準ITRS領先27%;用水量更領先25%,廢水回收率達86%以上、自來水替代率55%、廢棄物回收率達96%以上;而在達到這些目標,台積電也不忘在北中南開班授課持續擴散成功經驗。

11.AMCC台積電預計於今年底前將作業指揮中心OCC與製造指揮中新MCC組成「先進製造戰情中心」(AMCC),將原本散布廠區各處、與工廠相關的決策、監控等功能全數集中於戰情中心內,透過NASA-LIKE方式系統呈現工廠資訊與管理超大晶圓廠的複雜產品線。

12.16/20奈米拚無縫接軌 抓緊1高2低需求

台積電28奈米製程出貨佔公司第2季晶圓銷售收入的29%;40/45奈米的營收佔全季晶圓銷售收入的21%。20奈米將於明年第一季量產,16奈米年底試產,觀察台積電策略,超大晶圓廠雖仍是提供客戶一次購足,但考量28奈米產能過往吃緊與大量排隊人數情況,隨技術與服務品質倍增與提高,搭配選擇更先進製程已非吃到飽,而是依比重/訂單規模/風險控制等使用者需付費加價。

台積電稱16奈米是20奈米工程藝術的銜接,20奈米在初期的能量將是比照28奈米放量、壽命不會低於1年。至於16奈米FinFET的轉換則與20奈米設備有95%相當,因此無轉換問題,但是速度效能提升、漏電率大幅降低、電池壽命大增,這也是台積電董事長暨總執行長張忠謀所聚焦1高2低的終端產品未來需求趨勢。

歸根究柢,台積電16/20最大差距仍在Transistor結構上–從Planar轉換成FinFET,因此台積電早先就將20與16奈米打包規劃,在20奈米時熟練雙重曝光(double-patterning)技術,16奈米只需處理FinFET轉換學習。

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