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前言制造业中，重复性动作伤害（RMI，RepetitiveMotionInjury）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 HYPERLINK 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

2、之损失。有鉴于此，加州政府已针对 HYPERLINK 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

3、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

4、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、半导导体厂的的安全卫卫生问题题由由经济部部工业局局工安安快讯网页里里的安安卫产业业在半导导体工业业之应用用现况与与趋势得知：半导体体制造业业潜在的的安全卫卫生问题题，并不不亚于其其它传统统工业。一般可可将半导导体厂常常见的潜潜在危害害状况整整理成三三大类：(一).化学物物质危害害半导体体制程非非常繁杂杂，使用用的危险险化学品品也相当当多，包包括强酸酸、强碱碱、腐蚀蚀性有机机溶剂、有毒气气体、自自燃气体体、或窒窒息气体体等，如如果这些些危险化化学物质质泄漏出

5、出来，接接触到人人体会造造成很大大的伤害害；也有有可能因因为这些些物质产产生化学学变化，造成火火灾爆炸炸等重大大意外事事故，例例如去年年十月联联瑞电子子六吋晶晶圆厂大大火，是是由酸毒毒废弃管管道和真真空帮浦浦室不明明气体燃燃烧所引引起。同同年十一一月天下下电子四四吋晶圆圆厂也因因无尘室室蚀刻区区光阻去去酸槽不不明气体体燃烧引引发大火火。(二).幅射射和静电电危害在在半导体体制程中中所用的的一些设设备单元元，例如如离子植植入机产产生离子子束、蚀蚀刻机之之RF产产生器、水银蒸蒸气灯产产生的紫紫外线等等皆有潜潜在产生生游离或或非游离离幅射之之危害。如果防防护措施施没做好好，使人人体曝露露在辐射射中过

6、量量，即会会伤害到到人体。游离幅幅射对曝曝露的人人体具伤伤害细胞胞效应，而非游游离幅射射会造成成眼睛与与皮肤伤伤害，还还可能引引起令人人恶厌之之电效应应干扰重重要设备备的功能能操作，或发生生静电火火花等。(三).机械危危害半导导体制程程有使用用机械人人与自动动化操作作之相关关制程设设备有潜潜在对相相关人员员发生机机械危害害，例如如设备组组件之功功能异常常与移动动部份对对人员所所发生之之撞击、切割、夹卷等等机械性性危害。这些存存在于人人机接口口的危害害因素，藉由深深入的人人机系统统分析，可拟出出具体的的预防对对策。除了了以上三三类常见见的潜在在危害状状况之外外，还有有一个长长期影响响着员工工，却

7、很很少被主主管阶级级发现的的潜在危危害因素素，就是是和人因因有关的的危害因因素。最最近几年年，这个个问题已已经逐渐渐显露，在工工业安全全科技28期期之新新竹科学学园区六六大行业业之职业业灾害比比较分析析得知知：集成成电路业业失能伤伤害频率率从833年到887年55月有逐逐年上升升的趋势势（只有有84年年到855年是下下降的)，而且且十四种种职灾类类型中，总计以以”跌倒倒”（223%）发生的的机率最最高，其其次为”与有害害物质的的接触”（199%）。可见 ”跌倒倒”在半半导体业业是一个个很严重重的问题题，它不不但涉及及作业环环境不良良，也牵牵涉到作作业员容容易在厂厂房中因因疲劳、疏忽而而发生危危

8、险。也也可以从从实际和和现场作作业员工工的访谈谈和问卷卷调查中中，了解解到和人人因有关关的问题题；我们们曾经针针对国内内半导体体厂的作作业员做做了问卷卷调查，发现：在一年年内，全全厂超过过一半以以上的作作业员，曾经感感到肩膀膀、下背背部或腰腰部、脚脚踝或脚脚感到疼疼痛，其其严重程程度也愈愈来愈不不可忽视视。这些问问题的根根源在于于：半导导体制程程仍需许许多作业业人员，这些人人员多半半是做人人工物料料搬运的的作业，例如搬搬运晶圆圆盒到指指定制程程的机台台、抬举举晶圆盒盒上下机机台、搬搬运晶圆圆盒到测测试机台台等，还还有一些些人员做做检验、维修的的工作，都涉及及到人与与系统接接口的问问题。人人与系

9、统统接口做做的不好好，容易易使人员员操作不不便、不不舒适、费时、费力等等身体的的疲劳或或骨骼肌肌肉的伤伤害，甚甚至容易易造成疏疏忽（跌跌倒）、错误（不正确确的姿势势和操作作）等人人因工程程相关的的问题。本文内内容即着着重在：如何应应用人因因工程在在半导体体厂，以以避免和人因因有关的的危害因因素，改善工工作人员员的健康康、安全全、舒适适，以及及人和系系统的生生产力。三、目前前与人因因工程有有关的半半导体安安全指导导方针目前前世上最最知名也也最完整整的人因因工程有有关的半半导体安安全指导导方针，首推SSemiitecch所制制订的SSEMII S88-955。它对对人因工工程在半半导体制制造设备备

10、与现场场操作方方面，提提出许多多建议指指引。它它包含人人因设计计的原则则、半导导体制造造设备的的考量，若能遵遵循此指指导方针针，就能能适当地地整合使使用者和和设备在在生产半半导体的的环境里里，发挥挥最大的的效益。SEMMI SS8-995的主主要内容容有：人人与系统统的整合合原则、一般的的指导方方针、工工作场所所设计、保养和和服务设设计、抬抬举力量量和物料料搬运规规范、危危险警戒戒和警报报、控制制和显示示器、使使用者与与计算机机的接口口、人体体计测资资源的资资料、人人因资源源的资料料、人工工物料搬搬运资源源的资料料、三层层评量系系统等等等。在实际际运用以以上的指指导方针针时，必必须谨慎慎小心，

11、不可以以一味地地采用其其数据资资料；因因为这些些数据资资料从哪哪个群体体收集得得来的，会影响响人因资资料汇总总在参考考文件和和规格说说明，例例如欧美美的人体体尺寸资资料就不不适用于于台湾。所以，当资料料需要解解读或应应用时，都应咨咨询人因因工程的的专家。 字串串3四、应用人人因工程程的方法法做现场场诊断评评估整个个人因工工程的研研究方法法是以流流行病学学 ( Epiidemmiollogyy )、生理学学( PPhyssiollogyy )、心理学学 ( Psyychoologgy ) 和心心理物理理学 ( Pssychhophhysiics ) 四四者为基基础背景景，透过过有系统统的利用用人

12、类的的能力、本能极极限、行行为和动动机等相相关信息息来设计计事物和和流程以以及所属属的环境境。而相相关信息息的收集集通常需需要透过过不断的的实验和和统计分分析才能能得到，故相当当的统计计和实验验设计的的训练亦亦不可或或缺的。以以我们的的经验来来说，在在半导体体厂评估估现场的的人因问问题时，通常会会用到下下列的几几个方法法，提供供诊断和和改善的的依据：（一）人人体计测测资料参参考使用用由由于人员员的工作作绩效以以及方便便性、舒舒适感等等，常受受到使用用的器具具和设备备所影响响。器具具和设备备之设计计若未考考虑人体体的各种种特征（如身体体各部位位尺寸、伸展可可及范围围），使使用起来来必然费费力、易

13、易错，除除了工作作绩效不不良之外外，甚至至对身体体造成伤伤害。在在设计器器具、设设备、工工作站、作业空空间时，若能考考虑使用用族群的的人体计计测资料料，不但但可以增增加舒适适感、提提高工作作绩效，同时可可以减少少因工作作而造成成的伤害害。目前前，国内内已经完完成了劳劳工、军军人、大大专及高高中生的的人体计计测数据据库（三三百零八八项量测测项目），中小小学生的的人体计计测计画画正在进进行中。这个本本土化人人体计测测数据库库的应用用范围很很广，举举凡食衣衣住行育育乐各方方面的器器物、用用具、装装备、 HYPERLINK 设设施等的的设计规规划，都都可以因因为参考考了此数数据库恰恰当的尺尺寸项目目而

14、更适适合我们们国人使使用，相相信它将将带给社社会大众众很大的的好处。为为了使半半导体机机器设备备的安置置更适合合厂内使使用者的的人体尺尺寸，有有必要对对半导体体厂内的的工作人人员（作作业员、工程师师等），进行人人体尺寸寸资料的的量测与与收集。国内半半导体公公司如台台积电等等，亦拥拥有自己己员工的的人体计计测数据据库。量量测的尺尺寸项目目，可以以根据厂厂内的工工作型态态、现场场特殊的的作业、使用的的器具、衣物、设备等等需求，拟定量量测的项项目。图一 参参考SEEMI S8-95相相关信息息1后所所制定的的几个站站姿的量量测项目目图一一是参考考SEMMI SS8-995相关关信息11后所制制定的几

15、几个站姿姿的量测测项目。计有：身高、肩高、眼高、肘高等等七项。国内在在国科会会与劳委委会的支支持下，亦完成成劳工人人体计测测数据库库，相关关于图一一的几项项尺寸，整理于于表一中中。收集集完量测测的数据据后，应应建立人人体计测测数据库库，可做做日后的的增加、查询、维护等等工作。此数据据库的应应用范围围很广，例如：可用在在器物的的设计上上，像是是手套、鞋子、防尘衣衣、头套套等；可可作为日日后规划划新厂时时，设计计工作站站、作业业空间的的依据。同时在在选择、订购机机台时，也应根根据人体体计测数数据库的的尺寸资资料，订订定出适适合厂内内作业人人员使用用的规格格，要求求厂商配配合。这这样一来来，可预预防

16、或减减少工作作伤害，还可提提高工作作绩效，增进产产能及效效益。表一 站站姿的量量测项目目与国内内劳工(1865岁岁)人体体计测尺尺寸资料料站姿的量量測項目第5百分分位女性性 第95百百分位男男性 1.垂直直方向指指尖可及及高度22.垂直直方向握握拳中心心可及高高度3.身高44.眼高高5.肩肩高6.肘高77.指節節高181.71ccm1117.338cmm1644.400cm1137.00ccm1220.661cmm91.55ccm655.288cm 181.71ccm2119.006cmm1855.899cm1173.21ccm1552.660cmm1155.955cm883.331cmm（二

17、二）晶圆圆盒提举举能力测测定既然在在半导体体厂还有有许多人人员从事事人工物物料搬运运的作业业，就必必须先了了解目前前作业员员在十二二小时之之作业时时间下的的最大可可承受抬抬举负荷荷（MAAWL），而不不是直接接拿国外外的数据据来用。较快速速有效的的评估方方法是心理物物理法。需根根据人体体计测资资料，抽抽样出几几个具代代表性的的作业员员当作实实验的受受试者，可以同同时设计计几个不不同的变变项，如如晶圆盒盒握把形形状、手手的握持持姿势，探讨何何种组合合可得到到最大提提举能力力。利用用主观评评比法，获知受受试者的的主观感感受；再再经由心心搏率的的量测，得知每每位受试试者于实实验过程程中所承承受的负负

18、荷与努努力程度度。 受试者者进行的的实验顺顺序，都都是依照照事先排排好的随随机程序序进行，每一位位受试者者报到后后的详细细过程如如下： 阅读心心理物理理法指导导语并做做热身操操：每次次实验前前再次阅阅读心理理物理法法指导语语的目的的是提提醒受试试者在执执行心理理物理法法的过程程中所需需注意的的事项。 进行行二十分分钟的提提举作业业：在这这期间，受试者者必须根根据个人人的感受受调整晶晶圆盒内内的重量量（若觉觉得太重重则将晶晶圆盒内内的砝码码取出，反之则则添加砝砝码至盒盒内），直到受受试者找找到自己己可以承承受的最最大重量量为止。穿戴表表型心搏搏率侦测测器。根根据个人人所决定定之最大大提举重重量再

19、进进行十分分钟的标标准提举举作业（最佳的的提举作作业条件件）：在在这十分分钟的提提举作业业中，利利用表型型心搏率率侦测器器记录提提举过程程中受试试者的心心搏率。最后，卸下表表型心搏搏率侦测测器，并并填写主主观评比比量表。整整个实验验完成后后，取出出样本里里第二十十五百分分位最大大提举重重量，当当作最大大可接受受的提举举重量（实际的的意义是是：有775%的的受试者者可以承承受这种种重量）。我们们在实验验室里，针对十十二小时时之作业业时间下下MAWWL的研研究指出出： 999%女女性可接接受之肘肘高至肩肩高的MMAWLL值为66.666公斤，75%女性可可接受之之肘高至至肩高的的MAWWL值为为1

20、0.65公公斤；然然而，目目前八吋吋晶圆盒盒装满224片晶晶圆约重重5.88公斤，若抬举举作业条条件适当当的话，一般女女性作业业员应该该都可以以胜任。（三）晶晶圆提举举作业危危害分析析人人工物料料搬运的的问题中中，因为为搬运的的工作状状况差异异很大，各种作作业条件件下的最大可可接受抬抬举重量量也是是一个很很重要的的议题。作业员员在不良良的作业业条件下下，提举举能力会会变差，此时若若搬运过过重的物物料，很很容易导导致下背背部伤害害。所以以，决定定各种现现场作业业条件下下，最大大可接受受的抬举举重量为为何是很很重要的的，藉此此可以判判断目前前所搬运运的作业业是否过过重。评估估各种作作业条件件下的最

21、最大可接接受抬举举重量，比较完完整的规规范是：美国国国家职业业安全与与卫生研研究所（NIOOSH）在19991年年所修订订的人人工抬举举作业的的规范。由此此规范所所提出的的“建议议提举重重量”（RWLL）是考考虑了：人的提提举能力力（负荷荷常数：W）、水平搬搬运距离离（H）、垂直直搬运距距离（VV）、物物体垂直直位移（D）、搬运频频率（FF）、躯躯干扭转转（A）和握持持接口的的好坏（C），如图二二所示。为了求求得较具具代表性性的数据据，必须须随机抽抽样数个个工作区区域，连连续观察察数个工工作天，完整地地记录人人员在各各种机台台间抬举举或搬运运物料的的次数，并收集集必要的的现场资资料，以以期得到

22、到这些作作业条件件下，建建议的提提举重量量（RWWL），最后将将其与目目前的提提举物料料的重量量做比较较。图二 评评估RWWL的几几个考虑虑因素比较较的抬举举指针用用LI表表示，即即平均物物料重量量除以RRWL。如果LLI大于于1，表表示此抬抬举作业业需要管管理和工工程改善善。若LLI大于于3，则则此工作作条件太太差，不不被允许许。因为为每一个个工作区区域内，有几个个不同的的抬举作作业条件件（机台台种类不不同），所以有有各条件件下的RRWL和和 LII，而整整个工作作区域有有一个复复合作业业的建议议抬举重重量（CCRWLL）和复复合作业业的抬举举指针（CLII）。可可以用女性可可承受度度表示示

23、在目前前的抬举举作业环环境下，有百分分之几的的女性可可以胜任任。（四）工作负负荷分析析除除了抬举举作业以以外，尚尚有不同同的工作作类型会会导致全全身疲劳劳，由曾曾经针对对国内半半导体厂厂的员工工所做的的问卷调调查显示示：将近近一半的的作业员员，几乎乎每天下下班后都都会感到到全身精精疲力竭竭。至于于客观的的评估全全身疲劳劳程度之之方法，一般是是用生理理量测法法，量测测员工持持续工作作下的摄氧量量和心搏率率。为为了求得得较具代代表性的的量测值值，应该该随机抽抽样数个个工作区区域，不不定时地地随机挑挑选作业业员，量量测其上上午、中中午、下下午的摄氧量量和心搏率率，如如图三。每次量量测都持持续约330

24、分钟钟，并且且记录这这30分分钟的工工作内容容。图三 量量测摄氧氧量和心心跳率以以评估全全身疲劳劳得到到的摄氧氧量数据据可以求求得各种种工作区区域里，每人每每天的平平均能量量消耗，看看是是否超过过标准的的能量消消耗上限限，每分分钟0.7公升升。而每每天的平平均心搏搏率可以以得到心搏负负荷指针针，即即（工作作的心搏搏率休休息的心心搏率）/（最最大心搏搏率休休息的心心搏率）的百分分率，来来判断该该工作的的生理负负荷量。心搏负负荷指针针若大于于30%，则表表示该工工作的生生理负荷荷相当重重，必须须减轻工工作负荷荷或采取取其它改改善行动动。（五）各关节节部位受受力分析析生生物力学学分析是是对于作业员员

25、在不同同工作姿姿势下身身体各部部位所受受的力作分析析，是属属于肢体体局部负负荷的分分析。在在不同机机台的工工作环境境下，作作业员会会有不同同抬举芯芯片盒的的姿势，需针对对某一机机台的连连续搬运运芯片盒盒的过程程中，选选出最具具危险性性的姿势势，来分分析身体体各个关关节与下下背部所所承受的的力量。接接着需透透过在现现场对该该姿势各各个关节节点角度度的量测测，与必必要资料料的搜集集，才能能作该姿姿势下各各个关节节点的受受力计算算；可利利用密西西根大学学所发展展的二二维空间间静态受受力程序序软件件，辅助助计算各各个关节节点和下下背部的的受力大大小。当当下背部部受力超超过34400牛牛顿时，应立刻刻对

26、该作作业环境境采取改改善行动动。各个个关节点点的受力力要使 75%以上的的作业员员都可以以承受才才行。（六六）视觉觉疲劳分分析国内多多数半导导体厂，均发现现员工会会抱怨眼眼睛疲劳劳，尤其其是人工工视觉检检验员最最为严重重。我们们曾深入入调查其其原因，发现眼眼睛长时时间固定定对焦在在小范围围内，是是最主要要因素。至于眼眼睛疲劳劳的程度度，就必必须由专专业的方方法来衡衡量。常用用的视觉觉疲劳量量测法，有以下下四种：(1)眼球运运动机能能的量测测，包括括调节、聚合等等。(22)视觉觉闪光融融合阈值值（CFFF）的的变化。(3)视觉绩绩效的量量测。(4)主主观视觉觉疲劳的的评量等等。除了量量测目前前工

27、作状状况的疲疲劳程度度之外，还可以以运用实实验设计计的方法法，改变变几个重重要影响响因素，研究出出在哪些些与工作作相关之之因素(如照明明条件、视觉环环境、工工作和休休息时间间等)组组合下，最不会会造成眼眼睛疲劳劳，而且且也可以以提高效效率。（七七）基准准线风险险认定与与检核表表评估BRRIEFF（Baasellinee Riisk Ideentiificcatiion of Erggonoomicc Faactoors）是人因因工程因因素基准准线风险险认定的的缩写，运用它它得以快快速地确确认存在在工作场场所中的的人因工工程风险险因素。所评估估的部位位包括手手与手腕腕、手臂臂与肩膀膀、颈部部、背

28、部部以及腿腿部，而而评估的的准则在在BRRIEFF调查表表有详详细的记记载。为了了避免直直接观察察会有所所遗漏，需透过过摄影机机将作业业员的工工作过程程拍摄成成录像带带，再反反复播放放录像带带，仔细细察看作作业员的的所有动动作是否否为高风风险因素素。若某某动作符符合BRRIEFF所定义义的高风风险因素素时，在在调查表表上将涉涉及到的的身体部部位标记记出来，最后统统计各部部位被标标记的次次数，两两次以上上则被认认为是高高风险部部位；此此身体部部位很可可能会遭遭受伤害害。另一个个快速评评估风险险的方法法是利用用检核表表，人因因检核表表主要是是由许多多疑问句句组成，让检核核人员回回答是或或否；回回答

29、“是是”的代代表该项项目没有有安全上上的顾虑虑，回答答“否”的表示示需针对对此项目目加以改改善，避避免发生生安全卫卫生上的的危害。检检核表必必需由工工安经验验非常丰丰富的人人设计，经过严严谨的程程序产生生；目前前较完备备的为OOSHAA所发展展的一套套与人因因工程有有关的安安全卫生生检核核表，提醒工工安人员员检核的的种类包包括：人人工物料料搬运、抬举作作业或工工作方法法、工作作站设计计、屏幕幕显示器器与键盘盘、手工工具的使使用等。五、半半导体作作业现场场一般改改善建议议做做了长时时间的现现场分析析与评估估之后，“结果果”是大大家最想想知道的的。但是是人因工工程科技技最大的的贡献在在于：根根据这

30、些些分析的的结果，提出可可能的改改善建议议。这也也是所有有人因工工程科技技用在半半导体产产业最困困难的一一部分，因为要要做出良良好有效效又可行行的建议议，不但但需要独独特的人人因工程程科技教教育，也也需要有有其它专专业知识识背景为为辅助，如心理理学、工工程学、职业安安全学、复健和和医学等等。当然，依据不不同的半半导体厂厂现场评评估结果果，会有有不同的的改善建建议；所所以在此此只能提提出一些些通用的的改善原原则，条条列如下下： 为为了避免免弯身和和挺身所所产生的的额外体体能消耗耗，需要要搬运的的物料不不要超过过肩高，最好位位于作业业员站立立的手肘肘高附近近。 适适当的姿姿势是上上身保持持垂直，手肘弯弯曲成990度(上臂垂垂直、前前臂水平平)。 物料放放置的位位置不要要超过作作业