半導體製程設備裝機工程管理之研究 — 以 t 公司 12 吋晶圓廠為例 指導教授 : 張守進 教授 研究生 : 吳家榮

1. 半導體製程設備裝機工程管理之研究 —以t公司12吋晶圓廠為例 指導教授:張守進 教授 研究生:吳家榮

2. 論文架構 • 第一章 緒論 • 第二章 文獻探討 • 第三章 裝機工程專案管理流程 • 第四章 案例分析 • 第五章 結論與建議

3. 研究背景與動機 • 半導體製程在進入奈米(90nm)世代後，12吋廠已取代8吋廠成為生產主流。 • 台灣目前進入量產階段的12吋廠已高達10座，密度堪稱全球第一；到了2009年，全台灣將擁有18座12吋晶圓廠，密度保持全球之最。也更加確立了台灣在全球12吋晶圓廠的產能龍頭地位。(財經眺望台) • 平均1座12吋晶圓廠投資額約新台幣1000億元，其中製造設備佔9成。 • 生產設備如何在安全的環境下，以高品質快速進入量產，藉以降低設備折舊成本，是12吋晶圓廠最重要的課題之一。 • 裝機工程(Hookup)是提供廠務設施至機台端的最後管路連接的建設，對廠務而言扮演著臨門一腳的關鍵角色。 • 研究生曾擔任12吋設備工程師及Hookup工程師，其公司對於Hookup的要求除了滿足設備工程師的需求之外，亦致力於裝機工程管理之標準化，以利於各廠之間及未來新廠有一可遵循的標準做法。

4. 研究目的 • 建立一套Hookup管理標準做法，並驗證此Hookup管理方式之效益以尋求標準做法之最佳化。 • Hookup組織多為專案型組織，任務結束之後人員容易被調派至其他單位，因此經驗知識累積不易，期望藉由此一研究將Hookup之隱性知識整理成顯性知識，讓後進人員可以更容易學得Hookup的精髓。

5. 研究範圍 • 針對專案管理的關鍵成功因素(品質、範疇、進度、成本)做深入探討，其他輔助之專案管理領域略有提及但不多做研究。 • 專案管理領域的論文在土木及建廠工程方面已有多人做過許多研究，但對於半導體廠Hookup工程則鮮少有這方面的研究。故本論文會以半導體12吋廠Hookup工程為背景，研究工程開始至結束所應有的管理活動內容。 Quality S (schedule) $ (cost) S (scope)

6. 研究方法 • 參照專案管理之模式整理出半導體設備裝機工程對應於專案管理五大流程(起始、 計劃、 執行、 控制、 結案)及九大知識領域(整合、範疇、時間、成本、品質、人力資源、溝通、風險、採購)的管理方法，並建立一套標準之Hookup管理流程。 • 運用專案管理之分析方法，探討Hookup標準管理流程之經濟效益。

7. 研究流程 確認研究目的與範圍 文獻資料蒐集與探討 專案管理知識整理運用 建立裝機工程專案管理流程 案例分析 結論與建議

8. 文獻探討 • 半導體製程介紹 • 裝機工程介紹 • 專案管理

9. 半導體製程介紹 初始晶片 (primary wafer) PR PR Ini ox Ini ox Initial ox Initial ox Si sub Si sub Si substrate Si substrate Thin film module Diff module PHOTO module ETCH module Diff, PHOTO, ETCH, T/F Chip Cutting IC cross section Wafer Sorting WAT Packaging Final Test Bonding

10. 半導體製程機台介紹 擴散區 Furnace Implanter Wet Bench 黃光區 Scanner Track 蝕刻區 Dry Etch Wet Etch 薄膜區 PVD CVD

11. 裝機工程介紹 • HOOKUP 與TOOL 關係圖 :設備連接點 :廠務預留連接點 FLOOR ENHANCEMENT ELECTRICITY CDA,GN2 PV PCW RCWS SPECIALTY GAS & PN2 CHEMICAL UPW foundation energize GEX(exhaust) control Wafer handling Utility supply Waste treatment Temperature control GEX Process required Pumping line Local scrubber SEX Drain ( HF(D),IPA(D), THINNER(D), H2SO4(D),CuSO4(D),CMP(D)) Cleaning,process Exhaust(SEX,VEX,AEX) cleaning drain (DIR,AOR,AWR,AWD) Hookup Tool Hookup

12. D.P. 3 F FAC Utility Take Off Port 2 F FAC Exhaust Take Off Port FAC Utility Take Off Port S Scrubber 1 F PUMP 裝機工程介紹

13. 裝機工程介紹 • CAD: 草圖, 施工圖, 竣工圖. • Move in: 機台move in,機台move out,機台移機,機台定位. • Core drill: 樓板銑孔,牆板銑孔,防火填塞. • Foundation: 高架地板切割,機台基礎座,防震固定片(seismic). • Vacuum: 機台至pump之真空管,pump至local scrubber之排氣管. • Exhaust: 一般廢氣排氣(GEX)管,酸性廢氣排氣(SEX)管,含氨廢氣排氣(AEX)管,有 機廢氣排氣(VEX)管.

14. 裝機工程介紹 • Gas: 壓縮乾燥空氣(CDA)管,一般氮氣(GN2)管,製程氮氣(PN2)管,特殊氣體 (S.G.)管. • Chemical: Chemical管路,Chemical drain管. • PCW: 製程冷卻水管路. • UPW: 超純水管路. • Plastic: 製程真空(PV)管路,除chemical drain之外的其他drain (DIR,AOR,AWR,AWD,HFD,CMPD)管,機台防漏盤(drain pan). • Electric: Plug in安裝,AC box安裝,線槽(cable tray)安裝,電源線配置.

15. 專案管理 • 專案: 專案是一個組織為實現自己既定的目標，在一定的時間、人員和資源限制 下，所發展的一種具有一定獨特性的一次性工作。(美國專案管理協會) • 作業與專案: • 相似點:都是由人執行；都被有限資源限制；都需要計劃、執行和控制。 • 不同點:例行性作業具有持續性(ongoing)和重複性(repetitive)；專案具有暫時性(temporary)和獨特性(unique)。 • 專案管理: 專案管理乃是將管理知識、技術、工具、方法綜合運用到任何一個專案行 為上，使其能符合專案的需求；專案管理是經由專案起始、計劃、執行、 控制及結案等五大過程的運作，方得以完成。(PMBOK)

16. 專案管理五大流程 需求產生，授權批准專案 起始程序 計畫程序 明確定義目標及達到目標之行動方案 執行程序 協調人員與其他資源以執行計畫 控制程序 定期監控執行結果，必要時採取 矯正措施，以確保目標之達成 結案程序 審視並接受專案結果，儲存專案知識

17. 專案管理九大知識領域

18. 專案管理流程對照

19. 裝機工程專案管理流程 • 裝機工程專案起始程序 • 裝機工程專案計劃程序 • 裝機工程專案執行程序 • 裝機工程專案控制程序 • 裝機工程專案結案程序 • 裝機工程專案管理流程

20. 裝機工程專案起始程序 • 裝機需求產生: 工業工程規劃部(IE)依照產能需求提出機台需求，產能需求可能為整條生 產線數十至數百台機台的數量，也可能只是某種單一機台的短缺數量。 • 使用端提出裝機需求: 設備工程單位(EE)依照機台需求提出設施需求，相關配合單位接收裝機資 訊，相關配合單位包括Layout單位(IE)、自動搬運系統單位(AMHS)、裝機 工程單位(Hookup)、工安環保單位(ISEP) 。 • 裝機前傳簽單: 使用單位(EE)依照需求填寫裝機前傳簽單，會簽相關單位，會簽流程如下: EE  IE  AMHS  Hookup  ISEP  EE。 • 專案核准書(Project Charter): 專案核准書為專案的正式批准文件。對於Hookup工程專案而言，裝機傳簽 單就相當於專案管理中的專案核准書，授權Hookup單位執行裝機專案，並 闡明裝機工程的範疇。

21. 裝機工程專案計畫程序 • 範疇計畫和範疇定義: • 範疇計畫:制訂書面範疇聲明，作為今後專案決策的基礎。 • 範疇定義:將主要的交付物劃分為較小，更易管理的組成部分。 • 需求分析及確認: 使用單位(EE)依照機台需求提出裝機傳簽單包含設施需求，Hookup接收到 裝機需求資訊後，必須進行需求評估，確認廠務端各系統設施足夠。 • CAD圖: Hookup CAD team依據裝機傳簽單繪製草圖，使用單位(EE)進行審查，確 認無誤後簽名，CAD team繪製施工圖，即為各包商之施工依據，亦為 Hookup之書面範疇聲明。施工圖可拆成各包商獨自工程之圖面資料，易於 Hookup管理。

22. Hookup Project Pre Hookup Hookup CAD Move in 草 圖 施 工 圖 竣 工 圖 Move in OHT Electric Pre Hookup Gas Pre Hookup *** Electric Hookup Gas Hookup *** 裝機工程專案計畫程序 • 活動定義: • 活動定義:確定產生各個專案交付物所必須進行之具體活動。 • Hookup工作分解結構(WBS):

23. 裝機工程專案計畫程序 • 活動排序、活動工期估算及時程制訂: • 活動排序:研訂各活動之間的依存關係。 • 活動工期估算:估算完成各項活動之工期。 • 時程制訂:分析活動順序與活動工期以制訂專案時程。

24. 裝機工程專案計畫程序 • 資源規劃、成本預估與預算編列: • 資源規劃:確定完成專案各活動必須動用到的資源，如各施工廠商之人員、機具、材料。 • 成本預估值:估算完成專案各項活動所需資源的大致成本。 • 預算編列:將總成本預估值分攤到各項個別工作活動上去。 • 品質規劃: • 判斷哪些品質標準與本專案相關，並決定應如何達到這些品質標準，可運用的規劃工具有成本效益分析、標竿法、流程圖法、實驗設計和品質成本法。 • 裝機工程因爲要求速度與統一，最常使用標竿法(Benchmarking)，有些特殊狀況亦有可能使用流程圖、實驗設計等方法。

25. 裝機工程專案計畫程序

26. 裝機工程專案執行程序 • Hookup施工規範: Hookup每張合約必提供施工規範，各廠商依合約內之施工規範施工，施工 規範包括工程進行中的詳細規定。 • 品質保證: • 品質保證指專案在過程中，定期評估專案的整體績效，以提供信心專案將滿足相關的品質標準。 • Hookup爲執行品質保證，需成立QA team並訂定標準定期檢查。如氣體管路焊接，每日檢查焊接sample，以確保施工品質。

27. 裝機工程專案控制程序 • 範疇確認和範疇變更控制: Hookup將專案範疇以CAD施工圖為確認依據，並於範疇變更時以施工圖 版本為管制依據，直至專案結束時以竣工圖完成現場比對確認。 • 時程控制: • Pre Hookup會勘；Hookup會勘，會與相關人員訂定完工時間並紀錄之。後續機台Move in時間；Turn on時間為整個專案最重要的兩個時程控制時間點，必依照原訂計畫進行，ㄧ有任何變更必須獲得相關人員的同意，否則易造成專案的失敗。 • 時程控制有多種軟體可供選擇，如P3；Project；Excel等，但不論何種軟體工具最主要是要在工作結束前做進度的掌控，並藉以評估專案績效或及時進行修正措施。 • 成本控制: 確定成本發生是依照預算進度進行，並在發生變異時提出必要之修正措 施，以達到管理的機制。

28. 裝機工程專案控制程序 • 品質控制: Hookup工程完工後必須對施工品質做相關測試，以達到要求之品質標準， 通過品質測試標準會以QC報告做為品質控制之依據。

29. 裝機工程專案結案程序 • 裝機後傳簽單: 使用單位接受裝機結果後填寫裝機後傳簽單，宣告裝機工程專案結束，會 簽相關單位，會簽流程如同裝機前傳簽單，順序如下： EE  IE  AMHS  Hookup  ISEP  EE。

30. 裝機工程專案管理流程 CAD圖 WBS Scheduling Budgeting Quality Planning 裝機前傳簽單 Scope Change Control Schedule Control Cost Control Quality Control 施工規範 QA 裝機後傳簽單

31. 案例分析 Office 3F WAT new area Phase-1 Phase-2 WAT area Ball room Support FAB • 個案背景 WAT(Wafer Acceptance Test) 設備原本裝在Support區，現在Support區要裝其他機台，而且Office 3F環境已經準備好可以裝WAT的機台，所以要將WAT 的機台從Support區搬到Office 3F新的WAT區域進行裝機工程。

32. 案例分析 09 31 12 31 AWAT17 31 12 31 12 08 31 12 AWAT18 08 AWAT10 AWAT09 08 32 11 32 AWAT16 32 11 32 11 07 32 11 AWAT19 07 AWAT08 AWAT11 33 10 33 AWAT20 33 10 10 33 33 10 AWAT12 AWAT07 06 34 09 34 AWAT21 34 09 34 09 34 09 07 AWAT15 AWAT06 AWAT13 08 35 35 35 08 35 08 35 08 06 AWAT05 AWAT14 07 36 07 36 07 07 36 AWAT01 AWAT04 06 37 06 37 06 06 37 06 AWAT02 AWAT03 • Scope • AWAT01~21，共21組機台。 • 此專案包括拆移機工程及裝機工程。

33. 案例分析 • Schedule WAT 工程師初步規劃將21台機台分4批搬移，schedule如下表。 • Budget 此專案預估花費NT$4,101,300

34. 案例分析 • WBS WAT Relocation Project AWAT05~10 relocation AWAT03;04;11~14 relocation AWAT01;02;15;18~20 relocation AWAT16;17;21 relocation Tool relocation Support area recovery Tool hookup Tool turn on WAT new area pre- hookup Seismic disconnect Power hookup Power turn on Foundation remove Foundation pre- hookup Power pre- hookup CDA pre- hookup PV pre- hookup Power disconnect CDA hookup CDA turn on Power cable remove 鋼材切割準備 Cable tray 施作 盤面組裝 閥件組裝 噴砂 CDA disconnect PV hookup PV turn on CDA remove 烤漆 佈線 管線施作 管線施作 PV disconnect Seismic hookup Tool release 地板切割 PV remove Breaker 安裝 保壓測試 鋼構現場組裝 Tool relocation Issue QC report Raised floor recovery 地板修邊

35. 成本分解

36. 進度作業

37. 進度桿狀圖

38. 成本累積曲線

39. 25%績效評估 • 與計劃無誤差

40. 50%績效評估 • 與計劃無誤差

41. 4/20當天Schedule績效評估 實際只做了2hrs • 成本進度表 實際只做了2hrs • 進度提前2hrs △T=2 hrs

42. 修正措施 • 依據4/20經驗，可將Power hookup & Seismic hookup 作業由3hrs改為2hrs ， 可解省1hr。 • 中午12點至1點取消午休， 請廠商繼續施工，可再解省1hr。 • 早上原本08:00開始施工，改由09:00開始施工，可避開早上交接開會時間。 • Total停機時間由原本9hrs縮短為7hrs ， Tool release時間由17:00提前至16:00。 • 成本進度表修正

43. 改善經濟效益 08 9 hrs 17 7 hrs 09 16 • 時程：2 hrs/tool • 工資：0元 • 折舊：(12,000,000X21X2) / (5X365X24) = 11,507元 • 產值：(45,000,000,000X2) / (365X24) = 10,273,973元 • Total：0 + 11,507 + 10,273,973 = 10,285,480元

44. 結論與建議 • 研究結論 • 半導體之設備昂貴，因此移機專案重點要放在如何縮短停機的時間，以提高設備利用率。 • 專案管理在營建業以工作天為單位，應用在電子業可能必須以小時為單位。 • 依照計劃執行不一定能滿足stakeholder的需求，必須適時的調整計劃。 • 每日施工報表對於施工進度的掌控非常有幫助。 • 有經驗的執行團隊對整個project的進行相當有幫助。 • 研究建議 • 專案管理九大知識領域其他輔助性管理知識如專案人力資源管理等，也對專案有相當程度的幫助。 • 專案管理電子化系統，可提昇專案管理的效率。