人因工程在半导体厂的应用

1、人因工程在半导体厂的应用2002-10-14 20:06:01 阅读： 335 次王茂骏 清华大学工业工程与工程管理系教授兼系主任 吴欣洁 清华大学工业工程与工程管理系博士班研究生 前言制造业中，重复性动作伤害（RMI，Repetitive Motion Injury）之问题，在国内外已广泛受到重视，以美国为例，由于不当的人因工程设计之设备及作业方式，所造成的骨骼肌肉伤害之赔偿金额高达每年两百亿美元。若加上一些间接的损失，如生产力下降、人员离职、士气低落、重新训练、公司形象受损，则可达到一千亿美金之损失。有鉴于此，加州政府已针对人因工程中，重复性动作伤害部分着手立法，其法令条文已被职业安全卫生法令委员会所采纳。 而美国一些半导体制造公司如Intel，HP，Motorola早在数年前即发现：现场作业人员有发生骨骼肌肉伤害的问题，也采取一些人因工程现场改善之措施与对策。因此，Semitech在S8-95中，对于人因工程在设备与现场操作方面，亦提出建议指引。国内也有几个著名的半导体厂，在发现现场作业人员有眼睛疲劳、骨骼肌肉伤害或全身疲劳等问题时，曾寻求我们给予人因工程方面的技术指导，以期经过

2、人因工程的分析与改善后，能创造一个更具人性化的现场作业环境，进而提升整体工作绩效与工作生活品质。 一、人因工程的简介人因工程（Human Factors Engineering）或称人体工学，是探讨人类工作或日常生活中如何与工具、设备、机器及周遭环境之间互动的关系，以及如何去设计这些会影响到人的事物及环境。易言之，人因工程就是要去改善那些人们所常使用的器物与所处的周遭环境，使其与人本身的能力、本能极限与工作需求之间能有更好的配合，以求安全、省事、省力、快速、舒适、不易犯错、不会疲劳与正确等工作效益的提升。 换个角度来看，就是将人视为整个系统的一部份，除了技术外，为了发挥整个系统的预期功能，以及将人视为最有效的资源，再加上昂贵的人力成本，所以我们要研究人这个子系统，使其它的子系统与人类实体的、生理的、生物力学的、心理的、社会心理的、文化的因素兼容或适配，以发挥人的最大功能并使其不受伤害，这也就是人因工程的宗旨。 二、半导体厂的安全卫生问题 由经济部工业局工安快讯网页里的安卫产业在半导体工业之应用现况与趋势得知：半导体制造业潜在的安全卫生问题，并不亚于其它传统工业。一般可将半导体厂常见的潜

3、在危害状况整理成三大类： (一).化学物质危害 半导体制程非常繁杂，使用的危险化学品也相当多，包括强酸、强碱、腐蚀性有机溶剂、有毒气体、自燃气体、或窒息气体等，如果这些危险化学物质泄漏出来，接触到人体会造成很大的伤害；也有可能因为这些物质产生化学变化，造成火灾爆炸等重大意外事故，例如去年十月联瑞电子六吋晶圆厂大火，是由酸毒废弃管道和真空帮浦室不明气体燃烧所引起。同年十一月天下电子四吋晶圆厂也因无尘室蚀刻区光阻去酸槽不明气体燃烧引发大火。 (二).幅射和静电危害 在半导体制程中所用的一些设备单元，例如离子植入机产生离子束、蚀刻机之RF产生器、水银蒸气灯产生的紫外线等皆有潜在产生游离或非游离幅射之危害。如果防护措施没做好，使人体曝露在辐射中过量，即会伤害到人体。游离幅射对曝露的人体具伤害细胞效应，而非游离幅射会造成眼睛与皮肤伤害，还可能引起令人恶厌之电效应干扰重要设备的功能操作，或发生静电火花等。 (三).机械危害 半导体制程有使用机械人与自动化操作之相关制程设备有潜在对相关人员发生机械危害，例如设备组件之功能异常与移动部份对人员所发生之撞击、切割、夹卷等机械性危害。这些存在于人机接口的危

4、害因素，藉由深入的人机系统分析，可拟出具体的预防对策。 除了以上三类常见的潜在危害状况之外，还有一个长期影响着员工，却很少被主管阶级发现的潜在危害因素，就是和人因有关的危害因素。最近几年，这个问题已经逐渐显露，在工业安全科技28期之新竹科学园区六大行业之职业灾害比较分析得知：集成电路业失能伤害频率从83年到87年5月有逐年上升的趋势（只有84年到85年是下降的)，而且十四种职灾类型中，总计以”跌倒”（23%）发生的机率最高，其次为”与有害物质的接触”（19%）。可见”跌倒”在半导体业是一个很严重的问题，它不但涉及作业环境不良，也牵涉到作业员容易在厂房中因疲劳、疏忽而发生危险。也可以从实际和现场作业员工的访谈和问卷调查中，了解到和人因有关的问题；我们曾经针对国内半导体厂的作业员做了问卷调查，发现：在一年内，全厂超过一半以上的作业员，曾经感到肩膀、下背部或腰部、脚踝或脚感到疼痛，其严重程度也愈来愈不可忽视。 这些问题的根源在于：半导体制程仍需许多作业人员，这些人员多半是做人工物料搬运的作业，例如搬运晶圆盒到指定制程的机台、抬举晶圆盒上下机台、搬运晶圆盒到测试机台等，还有一些人员做检验、维修

5、的工作，都涉及到人与系统接口的问题。人与系统接口做的不好，容易使人员操作不便、不舒适、费时、费力等身体的疲劳或骨骼肌肉的伤害，甚至容易造成疏忽（跌倒）、错误（不正确的姿势和操作）等人因工程相关的问题。本文内容即着重在：如何应用人因工程在半导体厂，以避免和人因有关的危害因素，改善工作人员的健康、安全、舒适，以及人和系统的生产力。 三、目前与人因工程有关的半导体安全指导方针 目前世上最知名也最完整的人因工程有关的半导体安全指导方针，首推Semitech所制订的SEMI S8-95。它对人因工程在半导体制造设备与现场操作方面，提出许多建议指引。它包含人因设计的原则、半导体制造设备的考量，若能遵循此指导方针，就能适当地整合使用者和设备在生产半导体的环境里，发挥最大的效益。SEMI S8-95的主要内容有：人与系统的整合原则、一般的指导方针、工作场所设计、保养和服务设计、抬举力量和物料搬运规范、危险警戒和警报、控制和显示器、使用者与计算机的接口、人体计测资源的资料、人因资源的资料、人工物料搬运资源的资料、三层评量系统等等。 在实际运用以上的指导方针时，必须谨慎小心，不可以一味地采用其数据资料；因

6、为这些数据资料从哪个群体收集得来的，会影响人因资料汇总在参考文件和规格说明，例如欧美的人体尺寸资料就不适用于台湾。所以，当资料需要解读或应用时，都应咨询人因工程的专家。 四、应用人因工程的方法做现场诊断评估 整个人因工程的研究方法是以流行病学 ( Epidemiology )、生理学( Physiology )、心理学 ( Psychology ) 和心理物理学 ( Psychophysics ) 四者为基础背景，透过有系统的利用人类的能力、本能极限、行为和动机等相关信息来设计事物和流程以及所属的环境。而相关信息的收集通常需要透过不断的实验和统计分析才能得到，故相当的统计和实验设计的训练亦不可或缺的。 以我们的经验来说，在半导体厂评估现场的人因问题时，通常会用到下列的几个方法，提供诊断和改善的依据： （一）人体计测资料参考使用 由于人员的工作绩效以及方便性、舒适感等，常受到使用的器具和设备所影响。器具和设备之设计若未考虑人体的各种特征（如身体各部位尺寸、伸展可及范围），使用起来必然费力、易错，除了工作绩效不良之外，甚至对身体造成伤害。在设计器具、设备、工作站、作业空间时，若能考虑使用族

7、群的人体计测资料，不但可以增加舒适感、提高工作绩效，同时可以减少因工作而造成的伤害。目前，国内已经完成了劳工、军人、大专及高中生的人体计测数据库（三百零八项量测项目），中小学生的人体计测计画正在进行中。这个本土化人体计测数据库的应用范围很广，举凡食衣住行育乐各方面的器物、用具、装备、设施等的设计规划，都可以因为参考了此数据库恰当的尺寸项目而更适合我们国人使用，相信它将带给社会大众很大的好处。 为了使半导体机器设备的安置更适合厂内使用者的人体尺寸，有必要对半导体厂内的工作人员（作业员、工程师等），进行人体尺寸资料的量测与收集。国内半导体公司如台积电等，亦拥有自己员工的人体计测数据库。量测的尺寸项目，可以根据厂内的工作型态、现场特殊的作业、使用的器具、衣物、设备等需求，拟定量测的项目。 图一：参考SEMI S8-95相关信息1后所制定的几个站姿的量测项目 图一是参考SEMI S8-95相关信息1后所制定的几个站姿的量测项目。计有：身高、肩高、眼高、肘高等七项。国内在国科会与劳委会的支持下，亦完成劳工人体计测数据库，相关于图一的几项尺寸，整理于表一中。收集完量测的数据后，应建立人体计测数据库

8、，可做日后的增加、查询、维护等工作。此数据库的应用范围很广，例如：可用在器物的设计上，像是手套、鞋子、防尘衣、头套等；可作为日后规划新厂时，设计工作站、作业空间的依据。同时在选择、订购机台时，也应根据人体计测数据库的尺寸资料，订定出适合厂内作业人员使用的规格，要求厂商配合。这样一来，可预防或减少工作伤害，还可提高工作绩效，增进产能及效益。 站姿的量測項目第5百分位女性第95百分位男性1.垂直方向指尖可及高度2.垂直方向握拳中心可及高度3.身高4.眼高5.肩高6.肘高7.指節高181.71cm117.38cm164.40cm137.00cm120.61cm91.55cm65.28cm181.71cm219.06cm185.89cm173.21cm152.60cm115.95cm83.31cm表一：站姿的量测项目与国内劳工(1865岁)人体计测尺寸资料 （二）晶圆盒提举能力测定 既然在半导体厂还有许多人员从事人工物料搬运的作业，就必须先了解目前作业员在十二小时之作业时间下的最大可承受抬举负荷（MAWL），而不是直接拿国外的数据来用。较快速有效的评估方法是心理物理法。需根据人体计测资料，抽样

9、出几个具代表性的作业员当作实验的受试者，可以同时设计几个不同的变项，如晶圆盒握把形状、手的握持姿势，探讨何种组合可得到最大提举能力。利用主观评比法，获知受试者的主观感受；再经由心搏率的量测，得知每位受试者于实验过程中所承受的负荷与努力程度。 受试者进行的实验顺序，都是依照事先排好的随机程序进行，每一位受试者报到后的详细过程如下： 阅读心理物理法指导语并做热身操：每次实验前再次阅读心理物理法指导语的目的是提醒受试者在执行心理物理法的过程中所需注意的事项。 进行二十分钟的提举作业：在这期间，受试者必须根据个人的感受调整晶圆盒内的重量（若觉得太重则将晶圆盒内的砝码取出，反之则添加砝码至盒内），直到受试者找到自己可以承受的最大重量为止。 穿戴表型心搏率侦测器。根据个人所决定之最大提举重量再进行十分钟的标准提举作业（最佳的提举作业条件）：在这十分钟的提举作业中，利用表型心搏率侦测器记录提举过程中受试者的心搏率。 最后，卸下表型心搏率侦测器，并填写主观评比量表。整个实验完成后，取出样本里第二十五百分位最大提举重量，当作最大可接受的提举重量（实际的意义是：有75%的受试者可以承受这种重量）。我们在实验室里，针对十二小时之作业时间下MAWL的研究指出： 99%女性可接受之肘高至肩高的MAWL值为6.66公斤，75%女性可接受之肘高至肩高的MAWL值为10.65公斤；然而，目前八吋晶圆盒装满24片晶圆约重5.8公斤，若抬举作业条件适当的话，一般女性作业员应该都可以胜任。 （三）晶圆提举作业危害分析 人工物料搬运的问题中，因为搬运的工作状况差异很大，各种作

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