台灣半導體製造競爭力核心與工業工程的關係
✎【 世界先進積體電路股份有限公司】張永政 協理 | 2023-07-10
2022 年，整體半導體的產業產值來到將近5741億美金，且專家預測半導體的產值將會每年以6至11%的速度成長，將於2030年到達11,000億至15,000億美金的規模 。此外，在2020年至2022年這三年之間，半導體積體電路(integrated circuits, IC)的終端產品，如：電視、電腦、汽車等等，因供應鏈的供給中斷，讓我們切身了解到半導體在全球經濟的角色與其影響。在過去兩年間的大國博弈中，我們也看到居於全球半導體產業鏈核心的台灣，其半導體製造能力如何成為各大國間軍事與政治的重要競爭籌碼。筆者有幸在這半導體從無到蓬勃發展的30 年間，在全球多地（包括台灣、中國大陸、歐洲、美洲與亞洲其他各地) 的半導體產業鏈中從事製造管理工作，包括整合元件製造商(Integrated Device Manufacturer，IDM) 、記憶體（Memory）廠、裸晶圓(Raw Wafer)製造、半導體專業製造代工(Foundry)到半導體封裝和測試代工廠(outsourced semiconductor assembly and test，OSAT) ，囊括半導體產業鏈的上、中、下游。因此，應該也算足以就個人經驗來談一下台灣半導體製造的核心競爭力與工業工程的關係。
張永政 協理
◆ 世界先進積體電路股份有限公司
企業營運規劃 協理
經歷
◆ 通富微電智能官兼廈門廠總經理
◆ 英飛凌資深處長
◆ 奇夢達資深處長
◆ 台灣積體電路製造公司資深經理
學歷
◆國立成功大學製造資訊與系統博士
當然大家看到與聽到的絕大部分是台積電的先進製程能力 (7nm, 5nm, 3nm, 2nm 等等)，但不管是先進製程或是成熟製程，支撐著台灣半導體擁有全球整體半導體競爭力的其中一個核心原因，來自於製造管理的競爭力。現今的半導體產業，不論是先進製程技術的研發與產品的量產能力，都建立在台灣強大的製造管理能力之上。用白話來說，就是台灣人對於製造的卓越能力 – 又快 (生產週期時間短)、又好 (良率高、品質好)、又便宜 (OEE* 與生產力佳) (圖1)。而用工業工程的語言來說，就是在台灣人在製造過程中對於變異控制的強大能力。這個卓越的變異控制能力讓製程開發得更快，更好；能讓客戶的產品能夠量產而進入市場的速度更快、更便宜。這樣的製造能力，在台灣的半導體產業中耕耘了30多年，終於迎來世界級的競爭力。
*[1] : OEE: overall equipment effectiveness，整體設備效率。是一個用於 評量生產設備有效運作的指數， 其計算結果是通用的，可以比較不同行業。 OEE = 稼働率 × 產能效率 × 良率
從六吋晶圓製造到八吋晶圓製造，我們看到工業3.0 的電腦化讓半導體製造以製造執行系統( (Manufacturing Execution System，MES) 與設備自動化(equipment automation，EA) 來取代紙本作業與人為的機台控制，並透過統計製程管制(statical process control，SPC) 來提升對於生產品質控制能力。
▲圖 1 製造管理的競爭力
這些轉變提供了快速、即時且正確的資料，讓變異控制得以更為即時與確實地執行。而從八吋晶圓製造到十二吋晶圓製造，工業4.0 的能力實現了全自動無人化的派工與搬運，和實時的故障檢測與分類(fault detection and clarification，FDC)， 把半導體的變異控制又往上提升一個層次。這也是為何十二吋半導體製造的速度、品質與生產力是八吋晶圓廠所望塵莫及的。資訊系統與半導體製造的結合，持續提升製造變異控制的能力，在變異偵測與即時復歸能力的提昇，讓速度、品質與成本 ( 生產力 ) 的競爭力飛快進步。
歷史證明，所有的製造絕不會一成不變。我們永遠有新的製程技術、新的客戶與產品、新的機器、新的工程師、新的製造方法、新的供應商與新的工廠等等。但唯一不變的是所有的製造都在追求最有效的生產 (這剛好也是工業工程的目標) – 快、好、便宜。當人、機、物、料、法、環都持續改變，所有的製造管理者所希望就是有一個具有變異控制，甚至能夠預測變異的生產製造方法與系統。工業工程致力於以最有效的方式，應用所有的資源來進行生產與提供服務，在所有的因素持續在進行改變之時，如何在如此變動環境中持續提供更快、更好、更便宜的生產就是工業工程的訓練宗旨。而在後摩爾時代與全世界人工智能成爆炸性發展的同時，工業工程若是能以新的智慧製造與智慧管理能力，來架設出面對未來變動仍可提供快速準確的變異控制方法，就可以持續維持台灣半導體產業的競爭能力。
▲圖 2 卓越製造與變異控制
在可見的未來，我們已經隱約看到有幾個很可能的改變趨勢，這也是工業工程需要面對與能夠著力的挑戰 :
人工智能的成熟將讓製造管理對人的依賴逐漸變小。以新的智慧製造與管理的框架來管理未來的半導體製造是我們的機會。
地緣政治的影響在短期內仍會持續存在，全球化供應鏈將會呈現另一種面貌。面對地緣政治下的新供應鏈管理將會是另一個台灣半導體產業鏈的機會。
高齡化世界的來臨與逐年投入職場年輕人比例的降低，也將持續考驗著製造管理者的永續經營能力。如何創造一個在新人口比例下，仍能維持製造競爭力的生產管理將是一個機會。
感謝過去台灣半導體產業的前輩英雄們，帶領這個產業在過去三十年間發展出今日對世界的經濟與政治都影響甚鉅的台灣半導體製造業與產業，承先啟後會是我們這個世代的責任。我們也許無法在政治與全球策略上對世界局勢產生太大的影響，但我們絕對可以將三十年來所累積的龐大有關半導體在製造生產變異控制的知識與能力，從供應鏈(supply chain)、生產管理與工程(engineering)的角度，用更先進的方式，以工業工程的素養整合所有包括內部、外部、現在與未來的資源，來持續未來台灣半導體產業的競爭力。
▲圖 3 世界先進與國立陽明交通大學共同成立智能製造與管理實驗室