1.1 研究動機
半導體產業是資本密集的產業，投資一座 12 吋晶圓廠大約需要 30 億美金，
其中機台設備成本約占 75%，如何發揮機台產能一直都是半導體產業很重要的議 題，機台利用率越高越有競爭力。隨著市場的需求以及技術的進步，半導體廠的 目標產出越來越大，所需要的機台數變多，需要更大工廠空間去容納。面對這樣 趨勢，一般半導體公司會有兩種廠房設計方案：1.單一大廠房生產、2.雙廠房跨廠 生產。
圖 1.1: 單一大廠房與雙廠房跨廠之示意圖
半導體廠為了讓昂貴的機台利用率提高，通常都會將相同功能的機台集中置 放形成一個工作站(Workstation)，工作站內的機台可即時相互支援產能、備份件，
使機台利用率較為提高。建立一個大規模的廠房，容納所有種類工作站，將相同 功能的機台全部置放一處，晶圓工件經由廠房內運輸系統流動於各工作站間加 工，其優點是產能容易相互支援。但缺點是大規模代表廠內的運輸距離變長，產 出量變大代表運輸量變多，廠內的運輸系統很可能會變成瓶頸。過去曾有學者討
Fab_1
Fab_2 Fab_0
W1
W2 W1
W1
W2
W2
論此問題的情況，如施昌甫 (2009)提出以多層運輸軌道來解決半導體廠房運輸系 統成為產出瓶頸的問題。
另一方面為了管理便利性，半導體廠房大都將廠房設置在鄰近的地方，有學 者提出跨廠房生產的設計方式，如 Wu et al. (2009)討論如何決定跨廠房生產的途 程規劃，跨廠房設計利用通道連結兩廠來進行產能互相支援，比起單一大廠設計，
兩個進行跨廠生產的廠房面積較小，廠內的運輸距離相對較短，運輸產能較不易 成為瓶頸。目前跨廠房生產設計主要是建立在兩個功能完整可獨立運作的廠房 (Two Functionally-Comprehensive Fabs)，所謂功能完整的廠房即是一個廠房具備完 整的工作站種類，可獨立生產產品的廠房。而功能完整雙廠房的設計，使得具有 同樣功能性的機台分散在兩廠，當某廠的機台發生當機，等待加工的工件也無法 立即被搬運到另一廠加工，機台無法達到立即互相支援，機台產能可能出現閒置。
半導體產業是以產能設備為導向的產業，若無法有效利用機台設備，將使公司的 獲利受限。
廠房設計是屬於長期的規劃問題，不同的設計方案會影響廠房內的機台配 置，機台配置不同使機台產能表現有所差異而影響產出表現。上述兩種廠房設計 方案為過去學者已有所探討，本研究希望能夠提出不同的跨廠房設計方案來達到 更好產出表現。面對不同規模產出需求，應如何選擇合適的廠房設計方案使總利 潤最大化是值得關切的問題。
1.2 研究議題
本研究提出功能分割雙廠房跨廠生產設計(Two Functionally-Disjoint Fabs)，其 構想如圖 1.2，將完成產品所需要的工作站(W1、W2、…、W8)指派到兩廠(Fab_1、
Fab_2)，各廠專門負責產品某部份製程，各廠工作站種類不重複，無法獨立完成 產品。功能相同的機台集中置放於某一廠房，避免產能損失。
圖 1.2: 功能分割雙廠房跨廠生產設計概念圖
其構想假設如下：(1)將產品途程切割出前、後段製程(切割點為 π，使產品都必 頇跨廠生產)；(2)兩廠分別配置產品前、後段途程所需要的工作站，兩廠的工作站 種類不允許重複設置，各廠皆無法單獨完成產品，為非獨立運作的兩廠；(3)產品 的前段製程交給 Fab_1 去負責，後段製程交給 Fab_2 去負責。若後段製程出現前 段製程的加工途程，則讓工件回流到 Fab_1 去加工；(4)兩廠之間建立通道，讓工 件可以來回兩廠進行加工；(5)不限制工件跨廠次數，隨工件的途程順序回流於兩 廠間加工。
本研究將探討以下議題：(1)設計功能分割雙廠房方案；(2)在不同生產情境 下，比較單一大廠方案、功能完整雙廠房方案以及本研究提出功能分割雙廠房方 案的優劣；(3)推論出三種不同廠房設計方案的最適生產情境。
切割點 π
產品途程： W1W2W3W4W5W6W7W8
Fab_1
W1 W2
W4 Fab_2
W6 W5
通道 1 W8
通道 2 投入
前段製程 後段製程
W3 W7
產出
1.3 研究方法
本研究將建立模型，模擬晶圓廠房實際運作情形，並考慮各工作站的運輸時 間以及目標生產週期時間。利用 Connors et al. (1996)等候網路模式(Queuing Network)求解廠房設計的最適機台數，接著進行各方案的機台佈置。得知各廠房 機台數目後，便可以推算出廠房所需面積以及廠內的運輸時間。最後利用 Wu et al.
(2009)根據 Connors et al. (1996)所修改的等候網路模式(將運輸視為機台)，求解廠 內最適運輸軌道層數以及跨廠通道數。導入假設的利潤成本資訊，比較三種方案 的表現。
1.4 論文章節介紹
本論文共分為五章。第一章敘述研究動機、議題以及研究方法介紹。第二章 將探究半導體廠房設計、跨廠生產以及等候網路模式等相關文獻，並透過整理文 獻找出本研究議題的定位。第三章將明確說明研究問題、情境說明以及研究的架 構。第四章為實例驗證。第五章則為結論及敘述未來研究方向。