研究背景與動機

半導體晶圓製造產業在近十年來，面對經營環境變化的快速與競爭的激烈，使 得客戶不論對品質、成本、交期與服務的要求已是愈來愈高。其中的生產成本(Cost) 更是一十分非常重要的競爭力指標，若能有效的降低生產成本則能獲得差異化的競 爭優勢。所以半導體晶圓製造商莫不希望藉由大量生產來達到降低生產成本，以期 達到提高生產利潤的目的。如圖一所示，根據半導體研究機構 IC Insights 的報告，

全世界對於半導體晶圓製造的市場需求量一直維持持續的成長趨勢，2007-2012 年 的時間區間內，仍然被 IC Insights 預測有高達 11.1%的年複合成長率(CAGR)。這樣 樂觀的市場預期，同時也預告了半導體晶圓製造產業必須逐年提升現有的產能以滿 足市場的需求。所以各工業先進國家莫不卯足全力發展半導體晶圓製造產業，企圖 透過擴大投資高成長產業來提升國家的經濟成長率。由於半導體設備在目前十分的 昂貴，動輒數千萬元甚至十數億元，而打造無塵室之生產環境更是所費不貲，所以 如何妥善的提升生產線生產設備之生產力是一大考驗，尤其半導體晶圓製造市場之 需求持續的成長，更是吸引多方的資金不斷的投入。

圖一 世界半導體市場規模的歷史與預測 資料來源: IC Insight

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在企業持續追求利潤成長的前提之下，新的十二吋晶圓製造工廠因為更可以有 效透過較大的晶圓尺寸標準，使得單一晶圓製造加工面積的大幅提升達 225%，這 樣的改變能在單一晶圓上切割出更多的晶片，進而讓生產成本明顯且有效地降低。

所以在可預見的成本競爭優勢加持下，世界各大領導晶圓製造廠商如英特爾(Intel)、

德州儀器(TI)、三星(Samsung)、海力士(Hynix)、東芝(Toshiba)、台積電(TSMC)、聯 電(UMC)、力晶(PSC)、茂德(MOS)等等，紛紛在 2000 年之後投入十二吋晶圓製造 工廠的投資與興建。雖然經過這樣的產業標準變化將主流生產工廠從原本的八吋標 準快速的演進到十二吋。但在企業持續追求資本有效利用的前提之下，現存的八吋 晶圓工廠依舊會根據市場的需求而持續的生產下去。如圖二所示，根據半導體研究 機構 IC Insights 的報告，八吋晶圓的需求並沒有因為十二吋晶圓的大量供給而萎縮 或淘汰，反而因全世界電子產品大量需求有向上提昇的機會。

圖二 世界半導體晶片面積需求趨勢 資料來源: Rose Associates 1975~1995, SEMI SMG 1996~2005, IC Insight 2006~2011

但是想要持續增加八吋晶圓製造工廠的生產產量並非沒有代價，在傳統上，晶 圓製造工廠要提升產能最簡單的方法就是透過購入生產機台來提供有效產能；但是 自 2000 年十二吋晶圓進入晶圓製造市場以後，晶圓製造產業可以說完全沒有新進的 八吋晶圓工廠興建，也就是說八吋晶圓的現存的無塵室面積不僅僅沒有增加，相反 的為了滿足 2000-2007 年間約 6.4%的市場年複合成長率(CAGR)，把所剩不多的八 吋晶圓無塵室空間消耗殆盡，未來已經沒有的空間放置更多的機台。無塵室面積消 耗的趨勢如圖三所示。

圖三 一晶圓製造工廠無塵室面積使用率趨勢

在晶圓製造工廠的生產模式中，通常把產能(Capacity)的計算基準與機台的使用 率(Utilization)視為一固定常數。當一座半導體晶圓廠，面對市場需求增加與產品組 合(Product Mix)的改變，其整體產能與機台使用率會隨產品組合的比例與晶圓需求 總量而有所增減。但是，同樣的晶圓製造工廠也一直都進行持續改善計劃(CIP, Continuous Improvement Projects)，讓生產力不斷的增加以擴大產能。上述幾個關鍵 績效指標會隨著時間而一直變化，可能造成原先系統的瓶頸不再是瓶頸，而原先的 非瓶頸機台轉變成新的系統瓶頸，如下表一所示。

表一 一晶圓製造工廠瓶頸機台產能概況

瓶頸機台產能概況 黃光顯影機 光阻去除機 離子植入機 (A)2007 產能利用率% 100% 96% 92%

(B)2007 生產力提昇% 15% 2% 7%

(C)2008 新增產能需求% 14% 14% 10%

2008 計 劃 產 能 利 用 率 % (A)-(B)+(C)

99% 108% 95%

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