人因工程在半導體廠的應用

1、人因工程在半導體廠的應用前言制造業(yè)中，重復性動作傷害( RMI, Repetitive Motion Injur)之問題，在國內外己廣泛受到重視，以美國為例，由于不當?shù)娜艘蚬こ淘O計之設備及作業(yè)方式，所造成的骨骼肌肉傷害之賠償金額高達每年兩百億美元。若加上一些間接的前言制造業(yè)中，重復性動作傷害( RMI, Repetitive Motion Injury)之問題，在國內外已廣泛受到重視，以美國為例，由于不當?shù)娜艘蚬こ淘O計之設備及作業(yè)方式，所造成的骨骼肌肉傷害之賠償金額高達每年兩百億美元。若加上一些間接的損失，如生產力下降、人員離職、士氣低落、重新訓練、公司形象受損，則可達到一千億美金之損失。有鑒

2、于此，加州政府己針對人因工程中，重 復性動作傷害部分著手立法，其法令條文己被職業(yè)安全衛(wèi)生法令委員會所采納。而美國一些半導體制造公司如Intel, HP, Motorola早在數(shù)年前即發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)場作業(yè)人員有發(fā)生骨骼肌肉傷害的問題，也采取一些人因工程現(xiàn)場改善之措施與對策。因此，Semitech在S8-95中，對于人因工程在設備與現(xiàn)場操作方面，亦提出建議指引。國內也有幾個著名的半導體廠，在發(fā)現(xiàn) 現(xiàn)場作業(yè)人員有眼睛疲勞、骨骼肌肉傷害或全身疲勞等問題時，曾尋求我們給予人因工程方而的技術指導，以期經過人因工程的分析與改善后，能創(chuàng)造一個更具人性化的現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，進而提升整體工作績效與工作生活品質。一、人因工程

3、的簡介人因工程(Human Factors Engineering或稱人體丄學，是探討人類一匸作或FI常生活中如 何與工具、設 備、機器及周遭環(huán)境之間互動的關系，以及如何去設計這些會影響到人的事物及環(huán)境。易言之，人因工程就是要去改善那些人們所常使用的器物與所處的周遭環(huán)境，使其與人本身的能力、本能極限與工作需求之間能有更好的配合，以求安全、省事、省力、快速、舒適、不易犯錯、不會疲勞與正確等工作效益的提升。換個角度來看，就是將人視為整個系統(tǒng)的一部份， 除了技術外，為了發(fā)揮整個系統(tǒng)的預期功能，以及將人視為最有效的資源，再加上昂貴的人力成木，所以我們要研究人這個子系統(tǒng)，使其它的子系統(tǒng)與人類實體的、生理

4、的、生物力學的、心理的、社會心理的、文化的因素兼容或適配，以發(fā)揮人的最大功能并使其不受傷害，這也就是人因工程的宗旨。二、半導體廠的安全衛(wèi)生問題由經濟部工業(yè)局工安快訊網頁里的安衛(wèi)產業(yè)在半導體工業(yè)之應用現(xiàn)況與趨勢得知：半導體制造業(yè)潛在的安全衛(wèi)生問題，并不亞于其它傳統(tǒng)工業(yè)。一般可將半導體廠常見的潛在危害狀況整理成三大類：（一）化學物質危害半導體制程非常繁雜，使用的危險化學品也相當多，包括強酸、強堿、腐蝕性有機溶劑、有毒氣體、自燃氣體、或窒息氣體等，如果這些危險化學物質泄漏出來，接觸到人體會造成很大的傷害；也有可能因為這些物質產生化學變化，造成火災爆炸等重大意外事故，例如去年十月聯(lián)瑞電子六吋晶圓廠大火

5、，是由酸毒廢棄管道和真空幫浦室不明氣體燃燒所引起。同年卜一月天下電子四吋晶圓廠也因無塵室蝕刻區(qū)光阻去酸槽不明氣體燃燒引發(fā)大火。（二）幅射和靜電危害在半導體制程中所用的一些設備單元，例如離子植入機產生離子束、蝕刻機之RF產生器、水銀蒸氣燈產生的紫外線等皆有潛在產生游離或非游離幅射之危害。如果防護措施沒做好,使人體曝露在輻射中過量，即會傷害到人體。游離幅射對曝露的人體具傷害細胞效應，而非游離幅射會造成眼睛與皮膚傷害，還可能引起令人惡厭之電效應干擾重要設備的功能操作，或發(fā)生靜電火花等。（三）機械危害半導體制程有使用機械人與自動化操作之相關制程設備有潛在對相關人員發(fā)生機械危害，例如設備組件之功能異常與

6、移動部份對人員所發(fā)生之撞擊、切割、夾卷等機械性危害。這些存在于 人機接口的危害因素，藉由深入的人機系統(tǒng)分析，可擬出具體的預防對策。除了以上三類常見的潛在危害狀況之外,還有一個長期影響著員工，卻很少被主管階級發(fā)現(xiàn)的潛在危害因素，就是和人因有關的危害因素。最近幾年，這個問題已經逐漸顯露，在工業(yè)安全科技28期之新竹科學園區(qū)六大行業(yè)之職業(yè)災害比較分析得知：集成電路業(yè)失能傷害頻率 從83年到87年5月有逐年上升的趨勢（只有84年到85年是下降的），而且 十四種職災類型中，總計 以跌倒” （23%）發(fā)生的機率最高，其次為”與有害物質的接觸”（19%）?？梢姷乖诎雽w業(yè)是一 個很嚴重的問題，它不但涉及作業(yè)

7、環(huán)境不良，也牽涉到作業(yè)員容易在廠房中因疲勞、疏忽而發(fā)生危險。也可以從實際和現(xiàn)場作業(yè)員工的訪談和問卷調查中，了解到和人因有 關的問題；我們曾經針對國內半導體廠的作業(yè)員做了問卷調查，發(fā)現(xiàn)：在一年內，全廠超過一半以上的作業(yè)員，曾經感到肩膀、下背部或腰部、腳踝或腳感到疼痛，其 嚴重程度也愈來 愈不可忽視。這些問題的根源在于：半導體制程仍需許多作業(yè)人員，這些人員多半是做人工物料搬運的作業(yè)，例如搬運晶圓盒到指定制程的機臺、抬舉晶圓盒上下機臺、搬運晶圓盒到測試機臺等，還有一些人員做檢驗、維修的工作，都涉及到人與系統(tǒng)接口的問題。人與系統(tǒng)接口做的不好，容易使人員操作不便、不舒適、費時、費力等身體的疲勞或骨骼肌肉

8、的傷害，甚至容易造成疏忽（跌 倒）、錯誤（不正確的姿勢和操作）等人因工程相關的問題。本文內容即著重在：如何應用人因工程在半導 體廠，以避免和人因有關的危害因素，改善工作人員的健康、安全、舒適，以及人和系統(tǒng)的生產力。三、目前與人因工程有關的半導體安全指導方針目前世上最知名也最完整的人因工程有關的半導體安全指導方針，首推Semitech所制訂的SEMI S8-95它對人因工程在半導體制造設備與現(xiàn)場操作方面，提出許多建議指引。它包含人因設計的原則、半導體制造設備的考量，若能遵循此指導方針，就能適當?shù)卣鲜褂谜吆驮O備在生產半導體的環(huán)境里，發(fā)揮最大的效益。SEMI S8-95的主要內容有：人與系統(tǒng)的整合

9、原則、一般的指導方針、工作場所設計、保養(yǎng)和服務設計、抬舉力量和物料搬運規(guī)范、危 險警戒和警報、控制和顯示器、使用者與計算機的接口、人體計測資源的資料、人因資源的資料、人工物料搬運資源的資料、三層評量系統(tǒng)等等。應用范圍很廣,舉凡食衣住行育樂各方而的器物、用具、裝備、設施等的設在實際運用以上的指導方針時，必須謹慎小心，不可以一味地采用其數(shù)據(jù)資料；因為這些數(shù)據(jù)資料從哪個群體收集得來的，會影響人因資料匯總在參考文件和規(guī)格說明，例如歐美的人體尺寸資料就不適用于臺灣。所以，當資料需要解讀或應用時，都應咨詢人因工程的專家。字串3四、應用人因工程的方法做現(xiàn)場診斷評估整個人因工程的研究方法是以流行病學（Epid

10、emiology ）、生理學（Physiology卜心理學（Psychology ）和心理物理學（Psychophysics）四者為基礎背景，透過有系統(tǒng)的利用人類的能力、 木能極限、行為和動機等相關信息來設計事物和流程以及所屬的環(huán)境。而相關信息的收集通常需要透過不斷的實驗和統(tǒng)計分析才能得到，故相當?shù)慕y(tǒng)計和實驗設計的訓練亦不可或缺的。以我們的經驗來說，在半導體廠評估現(xiàn)場的人因問題時，通常會用到下列的幾個方法，提供診斷和改 善的依據(jù)：（一）人體計測資料參考使用由于人員的工作績效以及方便性、舒適感等，常受到使用的器具和設備所影響。器具和設備之設計若未考慮人體的各種特征（如身體各部位尺寸、伸展可及范圍

11、）， 使用起來必然費力、易錯，除了工作績效不良之外，甚至對身體造成傷害。在設計器具、設備、工作站、作業(yè)空間時，若 能考慮使用族群的人體計測資料，不但可以增加舒適感、提高工作績效，同時可以減少因工作而造成的傷害。目前，國內己經完成了勞工、軍人、大專及高中生的人體計測數(shù)據(jù)庫（三百零八項量測項目），中小學生的人體計測計畫正在進行中。這個本土化人體計測數(shù)據(jù)庫的相信它將帶給應建立人體計測數(shù)據(jù)庫，可做用計規(guī)劃，都可以因為參考了此數(shù)據(jù)庫恰當?shù)某叽珥椖慷m合我們國人使用, 社會大眾很大的好處。為了使半導體機器設備的安置更適合廠內使用者的人體尺寸，有必要對半導體廠內的工作人員（作業(yè)員、工程師等），進行人體尺寸

12、資料的量測與收集。國內半導體公司如臺積電等，亦擁有自己 員工的人體計測數(shù)據(jù)庫。量測的尺寸項目，可以根據(jù)廠內的工作型態(tài)、現(xiàn)場特殊的作業(yè)、使用的器具、衣物、設備等需求，擬定量測的項目。圖一是參考SEMI S8-95相關信息1后所制定的幾個站姿的量測項目。計有：身高、肩高、眼高、肘高等七項。國內在國科會與勞委會的支持下，亦完成勞工人體計測數(shù)據(jù)庫，相關于圖一的幾項尺寸，整理于表一中。收集完量測的數(shù)據(jù)后，日后的增加、查詢、維護等工作。此數(shù)據(jù)庫的應用范圍很廣，例如：可 在器物的設計上，圖一參考SEMI S8-95相關信息1后所制定的幾個站姿的量測項目像是手套、鞋子、防塵衣、頭套等；可作為日后規(guī)劃新廠時，設

13、計工作站、作業(yè)空間的依據(jù)。同時在選擇、訂購機臺時，也應根據(jù)人體計測數(shù)據(jù)庫的尺寸資料，訂定出適合廠內作業(yè)人員使用的規(guī)格，要求廠商配合。這樣一來，可預防或減少工作傷害，還可提高工作績效，增進產能及效益。表一站姿的量測項目與國內勞工（1865歲）人體計測尺寸資料站姿的量測項目第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.眼髙5.肩高6.肘高7.指節(jié)高181. 71cm117. 38cm164. 40cm137. 00cm120. 61cm91. 55cm65. 28cm181. 71cm219.06cm185.89cm173.21cm152.60cm11

14、5.95cm83. 31cm（二）晶圓盒提舉能力測定既然在半導體廠還有許多人員從事人工物料搬運的作業(yè)，就必須先了解目前作業(yè)員在十二小時之作業(yè)時間下的最大可承受抬舉負荷（MAWL ,而不是直接拿國外的數(shù)據(jù)來用。較快速有效的評估方法是心理物理法。需根據(jù)人體計測資料，抽樣出幾個具代表性的作業(yè)員當作實驗的受試者，可以同時設計幾個不同的變項，如晶圓盒握把形狀、手的握持姿勢，探討何種組合可得到最大提舉能力。利用主觀評比法，獲知受試者的主觀感受；再經由心搏率的量測，得知每位受試者于實驗過程中所承受的負荷與努力程度。受試者進行的實驗順序，都是依照事先排好的隨機程序進行，每一位受試者報到后的詳細過程如下：閱讀心

15、理物理法指導語并做熱身操：每次實驗前再次閱讀心理物理法指導語的目的是一提醒受試者在執(zhí)行心理物理法的過程中所需注意的事項。進行二十分鐘的提舉作業(yè)：在這期間，受試者必須根據(jù)個人的感受調整晶圓盒內的重量（若覺得太重則將晶圓盒內的祛碼取出，反之則添加舷碼至盒內），直到受試者找到自己可以承受的最大重量為止。穿戴表型心搏率偵測器。根據(jù)個人所決定之最大提舉重量再進行十分鐘的標準提舉作業(yè)（最佳的提舉作業(yè)條件）：在這十分鐘的提舉作業(yè)中，利用表型心搏率偵測器記錄提舉過程中受試者的心搏率。 最后，卸下表型心搏率偵測器，并填寫主觀評比量表。整個實驗完成后，取出樣本里第二十五百分位最大提舉重量，當作最大可接受的提舉重量

16、（實際的意義是：有75%的受試者可以承受這種重量）。我們在實驗室里，針對十二小時之作業(yè)時間下MAWL的研究指出：99%女性可接受之肘高至肩高的必氈值為6.66公斤，75%女性可接受之肘高至肩高的MAWL值為10. 65公斤；然而，目前八吋晶圓盒裝滿24片晶圓約重5. 8公斤，若抬舉作業(yè)條件適當?shù)脑挘话闩宰鳂I(yè)員應該都可以勝任。（三）晶圓提舉作業(yè)危害分析人工物料搬運的問題中，因為搬運的工作狀況差異很大， 各種作業(yè)條件下的最大可接受抬舉重量也是一個很重要的議題。作業(yè)員在不良的作業(yè)條件下，提舉能力會變差，此時若搬運過重的物料，很容易導致下背部傷害。所以，決定各種現(xiàn)場作業(yè)條件下，最大可接受的抬舉重量

17、為 何是很重要的，藉此可以判斷目前所搬運的作業(yè)是否過重。評估各種作業(yè)條件下的最大可接受抬舉重量，比較完整的規(guī)范是：美國國家職業(yè)安全與衛(wèi)生研究所（NIOSH）在1991年所修訂的人工抬舉作業(yè)的規(guī)范。由此規(guī)范所提出的議提舉重量”（RWL）是考慮了：人的提舉能力（負荷常數(shù)：W）、水平搬運距離（H）、垂直搬運距離（V）、物體垂直位移（D）、搬運頻率（F）、軀干扭轉（A）和握持接口的好 壞（C），如圖二所 示。為了求得較具代表性的數(shù)據(jù)，必須隨機抽樣數(shù)個工作區(qū)域，連續(xù)觀察數(shù)個工作天，完整地記錄人員在各 種機臺間抬舉或搬運物料的次數(shù)，并收集必要的現(xiàn)場資料，以期得到這些作業(yè)條件下，建議的提舉重量（RWL,最后

18、將其與目前的提舉物料的重量做比較。Ongin圖二評估RWL的幾個考慮因素比較的抬舉指針用LI表示，即平均物料重量除以RWLU如果L：大于1,表示此抬舉作業(yè)需要管理和工 程改善。若LI大于3,則此工作條件太差，不被允許。因為每一個工作區(qū)域內，有幾個不同的抬舉作業(yè)條件 （機臺種類不同），所以有各條件下的RWL和LI,而整個工作區(qū)域有一個復合作業(yè)的建議抬舉重量（CRWL）和復合作業(yè)的抬舉指針（CLI）?？梢杂门钥沙惺芏缺硎驹谀壳暗奶e作業(yè)環(huán)境下，有百分之幾的女性可以勝任。（四）工作負荷分析除了抬舉作業(yè)以外，尚有不同的工作類型會導致全身疲勞，由曾經針對國內半導體廠的員工所做的問卷調查顯示：將近一半的

19、作業(yè)員，幾乎每天下班后都會感到全身精疲力竭。于客觀的評估全身疲勞程度之方法,般是用生理量測法，量測員工持續(xù)工作下的攝氧量和心搏率。為了求得較具代表性的量測值，應該隨機抽樣數(shù)個工作區(qū)域，不定時地隨機挑選作業(yè)員，量測其上午、中午、下午的攝氧量和心搏率，如圖三。每次量測都持 續(xù)約30分鐘，并且記錄這30分鐘的工作內容。得到的攝氧量數(shù)據(jù)可以求得各種工作區(qū)域里，每人每天的平均能量消耗，看看是否超過標準的能量消耗上限，每分鐘0.7公升。而每天的平均心搏率可以得到心搏負荷指針，即（工作的心搏率一休息的心搏率）/ （最大心搏率一休息的心搏率）的百分率，來判斷該工作的生理負荷量。心搏負荷指針若大于30%,則表示

20、該工作的生理負荷相當重，必須減輕工作負荷或采取其它改善行動。（五）各關節(jié)部位受力分析圖三量測攝氧量和心跳率以評估全身疲勞作分析，是屬于生物力學分析是對于作業(yè)員在不同工作姿勢下身體各部位所受的力為了避免直接觀察會有所遺漏，需透過攝影機將作業(yè)員的工作過程拍攝成錄像帶，再反肢體局部負荷的分析。在不同機臺的工作環(huán)境下,作業(yè)員會有不同抬舉芯片盒的姿勢,需針對某一機臺的連續(xù)搬運芯片盒的過程中，選出最具危險性的姿勢，來分析身體各個關節(jié)與下背部所承受的力量。接著需透過在現(xiàn)場對該姿勢各個關節(jié)點角度的量測，與必要資料的搜集，才能作該姿勢下各個關節(jié)點的受力計算；可利用密西根大學所發(fā)展的二維空間靜態(tài)受力程序軟件，輔助

21、計算各個關節(jié)點和下背部的受力大小。當下背部受力超過3400牛頓時，應立刻對該作業(yè)環(huán)境采取改善行動。各個關節(jié)點的受力要使75%以上的作業(yè)員都可以承受才行。（六）視覺疲勞分析國內多數(shù)半導體廠，均發(fā)現(xiàn)員工會抱怨眼睛疲勞，尤其是人工視覺檢驗員最為嚴重。我們曾深入調查其原因，發(fā)現(xiàn)眼睛長時間固定對焦在小范圍內，是最主要因素。至于眼睛疲勞的程度，就必須由專業(yè)的方法來衡量。常用的視覺疲勞量測法，有以下四種：眼球運動機能的量測，包括調節(jié)、聚合等。視覺閃光融合閾值（CFF）的變化。（3）視覺績效的量測。（4）主觀視覺疲勞的評量等。除了量測目前工作狀況的疲勞程度之外，還可以運用實驗設計的方法，改變幾個重要影響因素，

22、研究出在哪些與工作相關之因素（如照明條件、視覺環(huán)境、工作和休息時間等）組合下，最不會造成眼睛疲勞，而且也可以提高效率。（七）基準線風險認定與檢核表評估BRIEF （ Baseli ne Risk Ide nt 辻 i cat ion of Ergo no mic Factors）是人因工程因素基準線風險認 定的縮寫，運用它得以快速地確認存在工作場所中的人因工程風險因素。所評估的部位包扌舌手為了避免直接觀察會有所遺漏，需透過攝影機將作業(yè)員的工作過程拍攝成錄像帶，再反與手腕、手臂與肩膀、頸部、背部以及腿部，而評估的準則在BRIEF調查表有詳細的記載。復播放錄像帶，仔細察看作業(yè)員的所有動作是否為高風

23、險因素。若某動作符合BRIEF所定義的高風險因素時，在調查表上將涉及到的身體部位標記出來，最后統(tǒng)計各部位被標記的次數(shù)，兩次以上則被認為是高風險部位；此身體部位很可能會遭受傷害。另一個快速評估風險的方法是利用檢核表，人因檢核表主要是由許多疑問句組成，讓檢核人員回答是或否；回答是”的代表該項目沒有安全上的顧慮，回答否”的表示需針對此項目加以改善，避免發(fā)生安全衛(wèi)生上的危害。檢核表必需由工安經驗非常豐富的人設計，經過嚴謹?shù)某绦虍a生；目前較完備的為OSHA所發(fā)展的一套與人因工程有關的安全衛(wèi)生檢核表，提醒工安人員檢核的種類包括：人工物料搬運、抬 舉作業(yè)或工作方法、工作站設計、屏幕顯示器與鍵盤、手工具的使用等。五、半導體作業(yè)現(xiàn)場一般改善建議做了長時間的現(xiàn)場分析與評估之后，結果是大家最想知道的。但是人因工程科技最大的貢獻在于：根據(jù)這些分析的結果，提出可能的改善建議。這也是所有人因工程科技用在半導體產業(yè)最困 難的一部分，因為要做出良好有效又可行的建議，不但需要獨特的人因工程科技教育，也需要有其它專業(yè)知識背景為輔助，如心理學、工程學、職業(yè)安全學、復健和醫(yī)學等。當然，依據(jù)不同的半導體廠現(xiàn)場評估結果，會有不同的改善建議；所以在此只能提出一些通用的改善原則，條列如下：為了避免彎身和挺身所產生的額外體能消耗，需要搬運的物料不要超過肩高，最好位于作業(yè)員站立的手肘高附近。適當?shù)淖藙菔巧仙肀３?/p>