半導體晶圓產線也是工業自動化生產的一種，然而條件更嚴苛。

半導體廠如何邁向工業4.0，是一個需要面對的重要挑戰。

除了製造過程高度自動化，還需要精密控制，以保持競爭優勢。

半導體廠邁向工業4.0已經勢在必行。對於半導體廠商生產晶圓的產線來看，似乎也是一種工業自動化的製造產線，只是條件更嚴苛，需要全程在無塵室裡進行，並且導入更多高科技設備。既然也是製造業的一環，就必須先來瞭解一下製造業目前面臨到的一些狀況。

智慧製造提升企業韌性

透過一份洛克威爾自動化所發佈的《智慧製造概況》報告，研究顯示製造業注重維持品質並推動營利成長，強調充分發揮數據潛力、增加技術應用，打造企業韌性、實現敏捷性、提升永續性以因應勞動力挑戰。這份調查主要發現：

●相較於2022年，全球增加約兩倍的製造商認為，目前缺乏超越競爭對手的技術，80%製造商仍缺乏端點供應鏈規劃解決方案。亞太區製造商部署和整合新技術時，面臨最大挑戰為「平衡品質與成長」和「追蹤或量化永續性實踐」。

●全球落實規劃的最大障礙為員工抵制技術採用和變革、缺乏管理智慧製造所需技能，以及對智慧製造價值及投資回報率缺乏明確定義。44%亞太區製造商計畫於明年內導入智慧製造，其中，中國有80%、澳大利亞有60%和印度有59%皆已部分導入。

●受惠於技術導入，88%亞太區製造商計劃維持或增加員工、其中39%則認為因技術提升而得以重新運用現有員工，而質量管理系統（QMS）是亞太區企業使用後投資回報率最高的智慧製造系統，其次為製造執行系統（MES）和企業資源規劃（ERP）。

●在94%已有正式或非正式ESG政策的亞太區製造商中，有48%將「競爭優勢」列為推行ESG政策的主要動機。而網路資安風險是企業期望透過智慧製造計劃優化的首要項目。

洛克威爾自動化認為，製造商持續尋求獲利機會的同時，也意識到可用勞動力的不確定性將影響品質及應對客戶多元需求的能力。調查發現，智慧製造技術得以讓各規模的製造商提升韌性、敏捷性和永續性解決方案，進而加速轉型進程，從過去的經驗學習到，動盪時期仍持續投資創新並積極採取行動的企業，往往能超越競爭對手。

走向工業4.0之路

半導體產業是現代化的工業中非常重要的一個產業，對於全球經濟體系扮演舉足輕重的作用。而在半導體產業，如何邁向工業4.0，是一個需要面對的重要挑戰。

首先，半導體產業與一般工業廠房有所不同。一般工業廠房的生產過程通常是流水線式的，而半導體產業的製造過程則是高度自動化，需要精密的控制技術和高度的生產可靠性。此外，半導體產業的產品更新速度較快，需要不斷地提升產品質量和生產效率，以保持競爭優勢。

圖1 : 台積電的晶圓製造系統整合了AI、大數據和機器學習技術（source：TSMC）

在這樣的過程中，必須將生產過程中的大量數據進行收集和分析，以優化生產過程並提高生產效率。這需要具備資料分析和處理的技術能力。另外對於系統的整合和聯網，半導體產業的設備和系統都需要具備聯網和智能化的特點，以實現更高的自動化程度和生產效率，因此系統整合和物聯網技術就不可或缺。

而針對安全和風險管理方面，半導體產業特別需要處理大量機密數據和知識產權，同時還需要防範安全風險和生產故障。這需要具備安全和風險管理的能力。當然背後的人才培養和轉型也都必須同步進行，半導體產業需要具備數位化、智能化和自動化的技術能力，因此需要加速培養相應的人才，同時還需要實現轉型和調整生產模式，以符合工業4.0的要求。

數位管理平台的重要性

數位管理平台對半導體產業來說非常重要，因為它可以幫助半導體企業實現生產過程中的數位化和智能化，提高生產效率和品質，降低生產成本，並且有助於提高企業的競爭力。具體來說，數位管理平台可以實現包括數據分析、生產自動化、庫存管理、資源調配到生產規劃等細節。

數位管理平台可以收集生產過程中的數據，並對數據進行分析，幫助企業實現生產過程中的數位化轉型，這數據分析的結果對於半導體廠的智慧製造之路來說非常重要。而對於生產自動化，數位管理平台也可以將生產過程中的各個環節自動化，進一步提高效率，降低生產成本。

生產後的庫存管理也是一個重點，數位管理平台可以幫助企業管理庫存，實現智能化的庫存管理，減少庫存風險，提高庫存周轉率。並針對資源進行調配，透過數位管理平台進行資源調配，可以快速實現智能化的資源分配。另外對於生產計劃，也可以利用數位管理平台來幫助企業制定生產相關計劃，實現智能化的生產排程，提升生產效率和品質。

人工智慧不可或缺

在自動化的半導體廠房中，人工智慧（AI）扮演著至關重要的角色。一般來說，AI可以透過許多方式對半導體廠房實現自動化，包括了資料分析與預測、自動調節與優化、智能監控和控制，以及自主決策與產線優化等。

資料分析和預測是藉由AI來分析大量的數據，並預測機器故障、生產瓶頸和產品缺陷，來提高生產效率和產品質量。AI可以利用自主學習算法，根據生產數據自動調節生產參數，實現生產過程的優化，提高產品品質和生產效率，達到自動調節和優化的效果。在這樣的過程中，機器學習的能力也扮演了很重要的關鍵。

而利用AI實現對生產過程的智能監控和控制，自動進行生產線異常狀況的偵測，並對生產線進行自動控制和調整，可達到更高效率的生產管理。並進行自主決策，對生產過程進行智能優化和自主控制，進一步實現生產過程的自動化和智能化。透過AI，生產過程進行自動化、智能化和優化，提高產品質量和生產效率，也可控制並降低生產成本，有助於提高半導體晶圓生產的競爭力。

加速導入工業4.0

半導體廠生產的是高科技的晶圓，其生產設備當然更需要先進技術的導入。近年來，許多半導體廠商更加速跨入工業4.0的智慧生產，目前許多國際半導體大廠，包括台積電、英特爾、意法半導體、中芯國際等知名廠商也都已經有導入智慧生產的相關策略。

晶圓生產最重要的當屬其晶圓的良率高低。例如全球最大的半導體製造商台積電，透過工業4.0的智慧生產，建置了一套自動化的晶圓製造系統。這種智慧製造系統整合了AI、大數據和機器學習技術，可以自動監控、分析和調整生產過程，以提高產品品質和生產效率。而美國大廠英特爾也在美國奧勒岡州的晶圓廠引入了工業4.0技術，建立了一個智慧化的晶圓廠。該工廠也透過了物聯網、大數據分析和AI等技術，實現了設備的智能化、自動化生產和實時監控等能力功能，成功提高了產品良率。

意法半導體是歐洲最大的半導體製造商之一，透過導入智慧工廠的概念，讓晶圓的生產更有效率。透過機器人自動化的使用，搭配大數據分析和AI等技術，實現了生產自動化、設備監控、資源管理和產品追溯等功能。通過智慧工廠的建設，意法半導體除了提升生產效率，並且增強了企業的創新能力和市場競爭力。

德州儀器也為其自有的晶圓廠導入工業4.0，透過物聯網技術實現製造過程的實時監控和數據分析。同時也引進了各種自動化技術，例如自動化生產線和機器人等。這些技術可以減少人為干預，提高生產線的效率和穩定性，同時還可以降低勞動力成本。另外包括包括物料的運輸、儲存和處理，也透過智能物流管理系統來實現自動化運輸和管理，提高物流效率和降低物流成本。

圖2 : 德州儀器位於猶他州Lehi的12吋晶圓廠計畫圖。（source：TI）

結語

半導體廠邁向工業4.0是勢在必行的方向，其驅動力當然是透過智慧化的產線，讓生產過程效率更好，產出的產品良率也更高。然而半導體廠邁向工業4.0的過程，仍然存在著許多挑戰，需要企業加強自身的技術創新和人才培養，同時積極與供應商及合作夥伴合作，共同推進半導體產業的智能化和自主化發展。

（刊頭圖來源：TSMC）