國
立
交
通
大
學
管理學院碩士在職專班科技管理組
碩
士
論
文
以 TPM 法提升半導體製造設備績效之研究
Techniques in Enhancing Equipment Performance by
TPM Method in Semiconductor Manufacture Factory
研 究 生：林金宏
指導教授：洪志洋博士、呂克明博士
中文
以 TPM 法提升半導體製造設備績效之研究
指導教授：洪志洋博士 Advisor：Dr. Chih-Young Hung
呂克明博士 A :::::::::::::::::::::::::::::A Dr. Keh-Ming Lu
國 立 交 通 大 學
管理學院碩士在職專班科技管理組
碩 士 論 文
A Thesis
Submitted to Institute of Management of Technlogy College of Management
National Chiao Tung University in partial Fulfillment of the Requiements for the Degree of Business Administrative
Master in
Management of Technology
Jane 2008
Hsinchu, Taiwan, Republic of China
提要
以 TPM 法提升半導體製造設備績效之研究
學生：林金宏 指導教授：洪志洋博士 A 呂克明博士 國立交通大學管理學院碩士在職專班科技管理組摘 要
半導體製造產業是成本與技術密集的產業，面對產品不斷推陳出新及技術 世代不斷推進，半導體製造廠商必須投入大量的人力與物力提升製造設備績效 來面對嚴峻的挑戰。 惟過去的半導體製造設備績效分析專注於預測模型的建立，亦或是探討設 備績效相關歷史資料，分析關鍵因素，提出改善方案，但是並未指出在關鍵改 善因子與問題的相關性及成本考量，並且無法指出戴明環(PDCA)改善的迴路的 終點。 本研究透過資料收集與分析，將複雜的當機問題以特性要因圖(Cause and Effect Diagram)進行分類，找出組織內可改善的要因，並透過相關性分析 (Correlation Analysis)、盒鬚圖(Box and Whisker Plot)及成本效益分析(Cost-Benefit Analysis)收斂出關鍵的改善因子，最後導入全面生產保養(TPM)， 並以PDCA持續改善設備績效。
關鍵字：戴明環、全面生產保養、特性要因圖、相關性分析、盒鬚圖、成本效益 分析
英文提要
Techniques in Enhancing Equipment Performance by
TPM Method in Semiconductor Manufacture Factory
Student：Chin Hung Lin Advisor：Dr. Chih-Young Hung
I
Dr. Keh-Ming LuInstitute of Management of Technology National Chiao Tung University
ABSTRACT
The past equipment performance research of the semiconductor factory focused on the historical equipment performance raw data analysis, or designing OEE forecast models. However there is less considerations among the key factor, efficiency and cost. And they
didn’t address PDCA method to make close loop for performance improvement as well.
In this research, we use cause and effect diagram, correlation analysis, box and whisker plot, and cost-benefit analysis to identify root cause. And using TPM method and PDCA cycle to enhance equipment performance via improving root causes.
Keywords：PDCA, TPM, cause and effect diagram, correlation analysis,
誌 謝
在前一份工作許金榮總經理的鼓勵以及部門經理-彭美婷的加油之下，開啟 了我的碩士求學之路。 記得華燈初上，大家已經準備回家休息時，洪志洋老師早己準備好價值評 價及分析的課程，和我們這一群科管所的學子們分享，大家激烈的討論直到晚 上九點半、十點，下了課都不知道，真是過癮。 另外，在大安森林公園內的樹下，木製的椅子上，拿著筆電和呂克明老師 一起討論論文的進度，微風吹來，這真是難得的人生經驗。 謝謝交大科管所的老師、所辦的學長姐們及同學，一路走來有數不清的幫 忙。也要謝謝老爸-林永信、媽咪-譚秀完女士、心怡寶貝，還有阿慶、妹妹、敏 愉、家和及郁馨的支持。 僅以本論文獻給上帝、林永信及林文炳及我心愛的家人，在學習期間對我 的支持，是我完成碩士學業的最大動力。老爸、四叔，我做到了。夢想才要開 始，向偉大的航路邁進吧! 林金宏 謹識於 國立交通大學科技管理研究所 中華民國 97 年 04 月 30 日目 錄
中文提要 ... I 英文提要 ...III 誌 謝 ...IV 目 錄 ...V 表目錄 ...VIII 圖目錄 ...IX 一、緒 論 ...1 1.1 研究背景... 1 1.2 研究動機與目的... 2 1.3 研究方法... 3 1.4 研究流程... 4 1.5 研究範圍及限制... 6 二、文獻探討 ...7 2.1 半導體製造產業... 7 2.1.1 台灣半導體製造產業現況 ... 7 2.1.2 半導體元件製造工程 ... 9 2.1.3 晶圓製造流程 ... 10 2.1.4 晶圓製程用製造設備 ... 11 2.1.5 微影設備 ... 12 2.1.6 微影技術 ... 132.2 全面生產保養（Total Productive Maintenance，TPM） ... 15
2.4 SEMI E10... 22 2.4.1 生產狀態 ... 23 2.4.2 待機狀態 ... 23 2.4.3 工程狀態 ... 24 2.4.4 預定停機狀態 ... 24 2.4.5 無法排程狀態 ... 24 2.4.6 非計畫停機狀態 ... 24 2.5 半導體績效改善相關論文整理... 22 三、研究架構 ...31 3.1 TPM 的推展步驟... 31 3.1.1 導入準備階段(步驟 1~6) ... 33 3.1.2 導入開始階段(步驟 7)... 35 3.1.3 導入實施階段(步驟 8~12) ... 35 3.1.4 落實階段(步驟 13)... 39 3.1.5 TPM 與 5S 活動關聯... 41 3.1.6 TPM 效果的評估 ... 42 3.2 PDCA 戴明環 ... 44 3.2.1 PDCA 循環圖... 44 3.2.2 PDCA 四個特點... 45 3.2.3 PDCA 改善方法 ... 47 3.2.3.1 選定主題 ... 47 3.2.3.2 組織改善小組...47 3.2.3.3 描述問題及現況掌握...47 3.2.3.4 設定目標定期追蹤... 47 3.2.3.5 執行的技巧 ... 48
3.3.1 特性要因圖展開法 ... 50 3.3.2 繪製特性要因圖步驟 ... 52 四、實例導入 ...53 4.1 設備績效問題... 53 4.1.1 規範及定義問題 ... 53 4.1.2 改善專案小組的 PDCA 設計... 62 4.1.3 改善專案小組的實例探討...65 五、結論與建議 ...69 5.1 研究結論... 69 5.2 後續的研究建議... 73
表目錄
表 2-1 台灣半導體產業產值...7 表 2-2 台灣前十大半導體廠營收...8 表 2-3 台灣半導體產品類別...8 表 2-4 TPM 發展歷程...16 表 3-1 TPM 活動展開程序十三步驟...32 表 3-2 八大支柱的主要推動部門...38 表 3-3 TPM 的效果與評估項目...43 表 3-4 PDCA 四個階段、八個步驟、七種工具表 ...46 表 4-1 Down Time 分配表...55 表 4-2 當機時間相關性分配表...58 表 4-3 當機時間矩陣表...59 表 4-4 當機時間成本矩陣表...59 表 4-5 當機時間成本效益矩陣表...60 表 4-6 改善專案小組 Roadmap ...63 表 4-7 改善專案小組會議紀錄及追蹤表...63圖目錄
圖 1-1 論文架構...5 圖 1-2 半導體元件製造流程圖...6 圖 2-1 半導體元件製造工程...9 圖 2-2 反覆執行的晶圓製造流程...10 圖 2-3 晶圓製程用半導體製造設備...11 圖 2-4 微影設備...12 圖 2-5 2007 年主要微影製造設備廠商...13圖 2-6 Overall Equipment Effectiveness and Goals...20
圖 2-7 半導體設備狀態...23 圖 2-8 SEMIE10 與 OEE 的關係 ...26 圖 3-1 重覆小集團之組織...34 圖 3-2 魚骨圖-原因追求型 ...49 圖 3-3 魚骨圖-策略決定型圖 ...50 圖 3-4 魚骨圖-典型魚骨 ...51 圖 4-1 Unscheduled Down 魚骨圖 ...54 圖 4-2 Repair Delay 魚骨圖...55 圖 4-3 Down Time 柏拉圖...57 圖 4-4 關鍵因子改善圖...60 圖 4-5 PDCA 循環圖 ...61 圖 4-6 改善專案小組組織圖...62 圖 4-7 改善專案小組循環圖...64 圖 4-8 系統問題 B&W 圖型 ...65 圖 4-9 問題 DD 趨勢圖 ...66 圖 4-10 問題 HH 趨勢圖 ...67 圖 4-11 問題 KK 趨勢圖 ...68
一、 緒 論
本篇論文主要是以半導體晶圓製造廠黃光區微影設備績效改善為考量，運 用全面生產保養（Total Productive Maintenance，TPM）架構，改良設備績效之 實例研究，以期助於半導體晶圓製造廠的設備績效提升。
1.1 研究背景
半導體產業是一個資本密集與技術密集兼具的產業，是國內目前最具競爭 力的產業，也是台灣高科技發展兩兆雙星計劃的重點產業之一，根據工研院IEK ITIS計畫針對2007年台灣IC產業發表統計報告指出，2007年台灣整體IC產業產值 達新台幣1兆4,574億元。 由上游到下游半導體產業可分四個部分，即設計業、製造業、封裝業及測 試業，2007年我國在全球的晶圓代工及封裝測試的市佔率分別為69%及63%為全 球第一。 然而，一座半導體300mm晶圓廠的成本大約20億美元，其中製程設備的採購 和安裝架設（Facilitization）佔了80％，約為16億美元，對於一座每月投產30,000 片300mm晶圓的晶圓廠，它的每年生產成本約6.78億美元，尚不包括製程設備或 其它設施的運轉成本，因此半導體設備的生產績效的良寙意謂著運轉成本的下 降及營收的提升。 在半導體晶圓廠內，包括250至300種製程機台，其中黃光區的微影設備是 最為昂貴，約佔晶圓廠成本20%，而微影製程也是整條生產線的核心，凡是與 MOS元件的結構相關的圖案(Pattern)及雜質(Dopants)的區域，都是由微影這個製 程來決定的。其基本製程如同照相的原理一般，分為光阻覆蓋(Coating)、曝光 (Exposure)及顯影(Develop)三大步驟，一般的電子元件大約需要重覆20~30次的 循環。然後逐步在晶圓上構建電路。 由於每一層電路之製作均需經過微影 (Photolithography) 步驟，因此執行此一步驟的黃光區域 (Photolithography area) 微影設備即成為整條生產線瓶頸所 在，其設備績效對於協調全廠其它區域與平衡工作負荷，有著極重大的影響。
由於微影製程設備相當昂貴，又是生產線上的瓶頸機台，因此維持微影設 備的生產效率是相當重要的課題，尤其是設備的當機(非預期停機)常會使得整 個生產線延遲甚至停擺，造成生產的嚴重損失。
目前在相關研究文獻方面，有運用PDCA(Plan, Do, Check, Action)改善方 法強化晶圓廠成本，並提升競爭力之實例研究，也有著重於建構半導體設備綜 合效率(Overall Equipment Effectiveness， OEE)預測模式，提升封裝測試業設備 績效的研究，亦有導入TPM活動，並使用失效模式及效應分析法(Failure Modes Effects Analysis，FMEA)，減少平均維護時間(Mean Time To Repair，MTTR)， 提升半導體設備OEE的研究。
1.2 研究動機與目的
相較於歐、美等國家的半導體產業，台灣的半導體產業以代工型態為主， 隨著半導體晶片的電路集積度愈高，以及面對奈米製程的環境要求時，半導體 晶圓製造的技術也由於不同的產品型式和功能而必須不斷的發展，這使得設備 系統愈來愈複雜，設備績效的維護難度不斷提升。 而既有的晶圓廠面臨升級及擴廠時，昂貴的機器成本也使得資本支出跟著 提高。而新的半導體晶圓廠設備績效在數年內，也往往可能無法達到設計的產 出水平Ames, V. A., Gililland, J. and Konopka, J., (1995)。因此半導體晶圓製造廠 必須設法在其現有的半導體製造設施（FABS），增加生產的能力。此外，在高科技自動化產業中，產品生命週期縮短，製程技術不斷推陳出 新，生產設備對於產品品質與產出格外嚴格要求，設備維修的學習曲線(Learning Curve)的管理變得非常重要。
持設備的最有效率產出是半導體晶圓廠追求的管理目標。
管理學大師(Peter Drucker)(1966)提出“效率是以正確的方式做事“，而目 前在半導體相關製造產業有一通用之設備綜合效率衡量指標(OEE)，是以日本設 備維護協會(Japan Institute of Plant Maintenance, JIPM)(1971)發展的TPM(Total Productive Maintenance)為基礎，主要由三大構面組合而成，分別是可利用時間 效率(Availability Efficiency)、績效效率(Performance Efficiency)及品質效率 (Quality Efficiency)。 透過這三大部分的控管，管理者可以了解到目前人力的配置、設備使用效 率及產品的產出品質，並依TPM管理的手法提升設備的整體產出。 在相關的研究裏，已有國內論文討論封裝廠的設備效能提升，藉由導入 TPM，減少設備平均維護時間及提升設備平均失效時間(Mean TimeBetween Failure, MTBF)，改善封裝廠設備之設備綜合效率(2006)(郭嘉宏)。 也有建構OEE預測模式，提高測試廠標準成本估算的準確度；並提供OEE 的改善方向及提升MSE及MAE(2005)(邱俊斌)。 以及提出監控與診斷半導體設備績效的架構，並使用群組綜合設備效率 (GOEE)分析，描述機台群組之績效，透過分析損失因子之特性，提出相關的改 善方法，進一步提升廠內重點機台的績效(2005)(陳昕楷)。 而半導體晶圓製造廠的黃光區微影設備，是生產線上的核心，也是最昂貴 的製程設備，因此維持微影設備的生產效率是相當重要的，尤其是微影設備的 當機(非預期停機)常會使得整個生產線延遲甚至停擺，造成生產的嚴重損失。 因此本研究著重於半導體晶圓製造廠內微影設備的績效研究，蒐集過去的 設備相關的歷史資料，分析關鍵因素，並導入TPM的計畫實施，建立持續改善 的迴路並提高設備的效率和效益，同時創造有凝聚力的自治小組，並增加技能 和信心。由此雙管齊下，提升公司的競爭力及內部價值。
1.3 研究方法
以探討半導體晶圓製造廠設備維修部門績效改善問題展開，並依設備維修部門的屬性，建構TPM重覆性小組活動，提升維修效能進而改善現有設備績效， 並依此成功模式推展到其他系統，以歸納出晶圓製造廠推展TPM的模式。 JIPM 顧問杉浦政好(1998)對TPM的定義是:「由企業全體員工共同參與， 並經由小集團活動而執行生產保養之工作。」 將其內涵更具體化為，徹底排除設備的損失及浪費，使設備達到最高效率， 以提升企業的業績及創造出具有人生意義的工作現場為目標，亦是企業生產策 略之重要一環，簡而言之，即是藉由人員素質的提升，進而改善設備效能，以 強化企業體質，增加企業競爭力之具體作為的活動。 本研究先將設備問題群組化，使用品管的手法柏拉圖(Plato)決定問題的優 先順序，並依特性要因圖列出影響設備績效的因子，然後使用相關性分析，列 出關鍵因子，另外求出成本因子，兩者以成本效益矩陣求出改善的優先次序， 並以戴明的PDCA設計改善迴路，最後透過TPM重覆性小組活動，改善現有設備 品質機能，並依此達到設備績效提升。
1.4 研究流程
本研究流程如圖所示，共分七個階段。首先確定研究主題、動機與目的， 之後蒐集與整理國內外相關研究資料與文獻探討，在建立研究架構後進行研究 分析與討論，最後提出具體的結論與建議。圖1-1 論文架構 資料來源：本研究整理 在論文架構上，分為五章：第一章為緒論，說明本研究的背景、動機、目 的、方法、研究流程與預期之研究貢獻，第二章為半導體績效管理相關研究與 文獻探討，第三章為研究架構，介紹TPM的推展步驟、PDCA及特性要因圖，第四 章為實例導入，第五章為結論與建議。 決定研究動機與研究目的 結論與建議 實證研究 文獻探討 確立研究範圍 分析影響績效因素 導入績效改善模型
1.5 研究範圍及限制
半導體產業由上游到下游可分四個部分，即設計業、製造業、封裝業及測 試產業(如圖1-2)。本研究的範圍為其中的製造業，也就是半導體的晶圓製造廠， 包含代工廠及DRAM廠，並且限定在黃光區微影設備績效之提升，不包含其他 生產線上的機台。 本研究資料來源限定於設備所提供的生產資料及工程師的作業資料，並依 SEMI(國際半導體設備材料產業協會)定義，分析影響設備非計畫停機 (Unscheduled Down)的因子，並提出改善的方法。 圖1-2 半導體元件製造流程圖 資料來源：IEK，半導體工業年鑑，2007 設計 光罩 製造 測試 封裝 封裝後測試 出貨 IC 設計 光罩設計 晶粒測試 及切割 IC 封裝 成品測試 晶圓 化學品 基板 導線架二、文獻探討
本章分成三大部分，第一部分討論台灣半導體製造產業，概述台灣半導體 產業現況、半導體產業元件製造工程、半導體製造設備及微影技術，第二部分 討論全面生產保養、及SEMI所定義的設備綜合效率，第三部分為半導體績效改 善相關論文整理及小結。2.1 半導體製造產業
半導體產業由上游到下游可分四個部分，即設計業、製造業、封裝業及測 試業。在快速變遷的產業環境，以及日益擴大的資本設備投資額下，垂直專業 分工反而成了圭臬，這獨特的專業分工模式是台灣半導體產業的寫照。 2.1.1 台灣半導體製造產業現況 根據工研院IEK統計，2006年我國半導體(IC)總體產業產值(含設計、製造、 封裝、測試)為13,933億新台幣，其中製造業產值為7,667億新台幣。 表2-1 台灣半導體產業產值 單位:億新台幣 2007 /2006 總體IC產業產值 6,529 8,188 10,990 11,179 13,933 15,535 11.50% IC設計業 1,478 1,902 2,608 2,850 3,234 3,697 14.30% IC製造業 3,785 4,701 6,239 5,874 7,667 8,350 8.90% IC封裝業 948 1,176 1,566 1,780 2,108 2,459 16.70% IC測試業 318 409 577 675 924 1,029 11.40% Year 2002 2003 2004 2005 2006 2007(e) 資料來源：IEK，半導體工業年鑑，2007台灣半導體製造依業務型態分佈可以分專業晶圓代工廠(Fundry)及
DRAM(Dynamic Random Access Memory)廠，其中在晶圓代工，台積電與聯電分 佔全世界第一及第二的市佔率，整體台灣晶圓代工的產值約佔全球73% 。 表2-2 台灣前十大半導體廠營收 2005年排名 2006年排名 公司 2005營收 2006營收 成長率 1 1 台積電 2646 3139 19% 2 2 聯電 908 1041 15% 3 3 力晶 516 921 78% 4 4 南亞科 498 751 51% 5 5 茂德 295 601 104% 7 6 華亞科技 230 408 77% 6 7 華邦 278 345 24% 8 8 旺宏 186 228 23% 10 9 世界先進 103 130 26% 9 10 茂矽 156 51 -68% 單位:億新台幣 資料來源：IEK，半導體工業年鑑，2007 表2-3 台灣半導體產品類別
Memory Micro Logic Analog
2002年 27.3% 0.4% 6.6% 0.5% 0.0% 65.2% 100.00% 2003年 28.7% 0.4% 5.2% 0.0% 0.0% 65.7% 100.00% 2004年 34.2% 0.3% 1.7% 0.0% 0.0% 63.9% 100.10% 2005年 33.6% 0.6% 2.2% 0.0% 0.0% 63.6% 100.00% 2006年 40.4% 0.5% 2.0% 0.0% 0.0% 57.1% 100.00% 業務型態分佈（按營業額計算） 標準產品(含ASSP) 代工服務 （Foundry) 合計 客戶委托 （ASIC) 資料來源：IEK，半導體工業年鑑，2007
2.1.2 半導體元件製造工程 半導體元件製造工程如圖2-1所示，可分為單結晶製造工程、光罩(Mask) 製造工程、前工程及後工程。由於單結晶及光罩製造工程是專業廠商的領域。 所以半導體製造工程指的是前工程及後工程。 在封裝工程前稱為前工程，是在矽(Silicon)基板上施以晶圓製程(Wafer Process)之加工處理工程，而後工程指的是將前工程完成後的IC晶片封裝並加以 後測試的工程，包含基板工程及配線工程。 圖2-1 半導體元件製造工程 資料來源：刁建成，半導體製造裝置，2003 光 罩 製 作 微 影 圖 案 設 計 回 路 設 計 晶 圓 製 造 Si 多 結 晶 製 造 Si 單 結 晶 製 造 鏡 面 Si 晶 圓 製 造 晶 圓 製 造 (FEOL) 配 線 工 程 (BEOL) 封 裝 工 程 測 試 工 程 可 靠 度 測 試 工 程 成 品 出 貨 前工程 後工程 單結晶製造工程 光罩製造工程
2.1.3 晶圓製造流程 晶圓製程(Wafer Process)在半導體製造中被稱為”前工程”，其特徵是以微影 製程用以形成微影圖案(Pattern)，類似照相製版工程為中心，不斷反復地進行洗 淨、熱處理、成膜等步驟。 所謂的微影是一種將描繪於光罩(Photo Mask)基板的VLSI微影圖案轉寫到 晶圓上的手段。首先將光阻塗佈於晶圓上，再經由Stepper(微影設備)將微影圖案 縮小投影曝光於光阻上，再進行蝕刻以去除光阻，上述一連串的製程便稱為微 影製程。一般半導體元件都要經過20~30次之微影圖案顯影過程，在這顯影過程 都會插入上述洗淨、熱處理、成膜等步驟。 微影製程 光阻塗佈 固化 顯影 曝光 烘烤 蝕刻 洗淨工程 不純物導入工程 熱處理工程 膜形成工程 平坦化工程 膜形成工程 平坦化工程 洗淨工程 配線工程 基板工程 光阻去除
2.1.4 晶圓製程用製造設備 晶圓製程用製造設備主要有洗淨設備、熱處理設備、不純物導入設備、薄 膜形成設備、顯影設備及平坦化設備。 圖2-3 晶圓製程用半導體製造設備 資料來源：刁建成，半導體製造裝置，2003 晶圓製程 用半導體 製造設備 乾式洗淨設備 熱擴散設備 離子植入設備 洗淨設備 不純物導入設備 熱處理設備 薄膜形成設備 顯影設備 平坦化設備 溼式洗淨設備 氧化設備 回火設備 RTP設備 CVD設備 PVD設備 磊晶成長設備 曝光設備 電鍍設備 光阻處理設備 蝕刻設備 回蝕刻設備 CMP設備 塗佈被覆設備 縮小投影曝光設備 密著曝光設備 反射投影曝光設備 電子束曝光設備 X線曝光設備 光阻塗佈設備 烘烤設備 顯影設備 光阻去除設備 乾式蝕刻設備 溼式蝕刻設備
2.1.5 微影設備
微影設備主要有電子束曝光設備、X光曝光設備、雷射束曝光設備、離子 束曝光設備及光曝光設備。
光曝光設備又可以分為密著曝光設備、近接曝光設備、反射投影曝光設備、 反射縮小投影曝光設備（Step and Scan）及Lens縮小投影曝光設備（Stepper , Scanner ）目前以Lens縮小投影曝光設備為主流。 圖2-4 微影設備 資料來源：刁建成，半導體製造裝置，2003 微影設備 光曝光設備 電子束曝光設備 X光曝光設備 雷射束曝光設備 離子束曝光設備 密著曝光設備 近接曝光設備 反射投影曝光設備 Lens縮小投影曝光設備 stepper , scanner 反射縮小投影曝光設備 step and scan
紫外光源使用 紫外光源使用 深紫外光源使用 紫外光源使用 深紫外光源使用 g line (436 mm) h line (405 mm) i line (365 mm) K r F (248 mm) A r F (193 mm) 紫外光源使用 網格(reticule)作成 等倍光罩作成 研究開發階段 回路pattern、光罩之repair 網格(reticule)作成 回路pattern、光罩之repair 晶圓上直接描繪 回路pattern、光罩之repair
2.1.6 微影技術 微影設備廠商以荷蘭艾司摩爾（ASML）、日本Nikon及Canon為市場主要 供應商。其中ASML為主要供應商，2007年全球市佔率為65%。 圖2-5 2007年主要微影製造設備廠商 資料來源：半導體科技先端封裝與測試,2007 微影所使用的光源主要有ArF（波長為193奈米）、F2（波長為157奈米）及 EUV（波長為13.4奈米）等。針對支援未來細微化製程所需的光源技術，目前分 別有兩大陣營提出看法，也就是沿用既有ArF光源，但在技術上採取浸潤式曝 光，以及波長為13.4奈米的超紫外線（EUV）微影技術。 目前微影設備大廠，已將EUV列為193nm之後的主流技術，並停止157nm 技術及設備研發工作，但因EUV設備價格偏高，因此介於193nm及EUV二製程 世代之間的32奈米製程，也只能由193nm的浸潤式製程著手進行研發。 在半導體廠量產製程中，在微影（Lithograpy）的部分，大多是採用ArF為 雷射光源進行曝光顯影，所使用的ArF，這樣的波長對於微米製程來說，是沒有 太大的問題，所以一直到0.13微米（130奈米）也都延續採用ArF雷射光源作為 微影光源。
隨著半導體晶片的電路集積度愈高，所使用光源波長需求也隨之縮短，但 是接下來面對奈米製程的環境時，也就是0.1微米以下的製程，尋找出適當可用 的雷射光源難度也就愈來愈高。 因此對於這樣的問題，目前半導體業界對於導入65奈米以下的製程，已經 開始逐漸不考慮傳統乾式的157奈米微影技術，而改採193奈米浸潤式微影技術。 在台灣包括聯電和台積電都開始導入浸潤式微影技術，聯電在2007年下半 投入45奈米製程的曝光設備中就採用了浸潤式微影設備。 而台積電於2007年下半年已開始為部份客戶量產45奈米及40奈米晶片，採 用的是主流浸潤式微影技術，年底台積電宣佈利用浸潤式技術配合雙重曝影， 成功試產出32奈米的2Mb靜態隨機存取記憶體（SRAM），為明後年進入32奈米 世代立下基礎。 根據半導體廠的技術藍圖，32奈米將於2009年下半年推出，再次世代的22 奈米預計2011年推出，但是目前193nm浸潤式微影設備對微縮至22奈米及再下一 世代的15奈米，已有物理上的限制，所以部分半導體廠已經開始與微影設備大 廠合作，開始評估導入EUV的設備，或是利用多電子束（multi-beam）研發無光 罩技術。
2.2 全面生產保養（Total Productive Maintenance，TPM）
TPM的最早的根源可以追溯至美國在1940年底和1950年初的預於保養 Productive Maintenance (PM)的概念。美國在設備的生產維修特點是安排計劃 性預防維修，以改善設備的可靠度及壽命。而我們現在所談的TPM全面生產保 養，是從美國式的生產維修(Productive Maintenance)改良和加強，以適應日 本工業環境的PM，名之為全面生產保養（Total Productive Maintenance，TPM） (Nakajima，1984)。 2.2.1 TPM的義涵 TPM是一種方法和哲學的戰略，是設備管理的重點目標，建立產品質量並 產生最大設備效能。它包含所有僱員和各部門不斷改進和總合的參與的概念。 （ society_of_manufacturing_engineers，1995），在學界通常有日本與西方的兩 個不同的觀點。 日本的觀點以(Nakajima，1984)為代表，主要有以下五個涵義為： 1. 追求設備的最高效率為目標。 2. 設立以設備使用生命週期為考量的系統。 3. 涵蓋範圍跨越工程部門、作業部門、保養部門及管理部門。 4. 公司成員由上到下公司，全員參與 5. 由動態管理及小組自主活動來推動預防維修。 西方的觀點和日本的觀點原則上是相近的，最大的不同是在於TPM的參與 在是基於團隊，但不一定需要全體僱員的參與。重點是使用小組來實現特定的 業務目標(Wireman，1991)
2.2.2 TPM的發展歷程
至今TPM已發展近三十年的歷史，由傳統只注重生產單位保養的系統(Total Productive Maintenance)，慢慢地轉變成注重全公司經營改革的全面生產管理 (Total Productive Management)。細看其原理，其實是由改善人與機器的體質，進 而強化企業的生產力，提升企業的價值。茲將TPM發展歷程整理如以下表列; 表2-4 TPM 發展歷程 年代 內容 1、1950 年代以前 Break-Down Maintenance (簡稱 B.M，事後保養) 設備發生故障停止或性能顯著劣化後，才進行維修的保養 方式，故又稱故障保養。 2、1950 年代以後 Preventive Maintenance (簡稱 Pv.M，預防保養) 設備尚未發生故障前即預先加以維護，依計畫實施預防保 養，使設備不發生故障，進而延長設備的使用年限。其目的在 能掌握設備運轉，進一步能控管產量與產品交期。通常預防保 養可分為下列五類: ‧日常保養：如潤滑給油、設備點檢、調整、清掃等。 ‧定期點檢：以設備運轉狀況，擬定檢點周期，實施定期檢查。 ‧定期整備：定期作設備校正調整、油品更換、零件交換等。 ‧預防修理：設備使用壽命到期前之修理。 ‧更新修理：零件劣化時之恢復修理。 3、1960 年代以後 Corrective Maintenance (簡稱 C.M，改良保養) 初期的改良保養，重點放在當設備出現故障時的維修，後 來則偏重在將設備的缺陷恢復至規格條件或使設備容易量測 劣化、調整與復原的一種保養活動。一般改良保養活動分成以 信賴性為主及保養性為主兩大類型。 4、1960 年代以後 Maintenance Prevention 保養預防完全針對設備的作業方式進行改進，初期從設備 的易保養(Easy Maintenance)，但終極目標為保養預防設計 (MP Design)，亦即透過設備的運轉、保養來認識解決不良的 方法，換句話說，將既有設備的改良點當作資料加以蒐集、整
5、1971 年起 Total Productive Maintenance (簡稱 TPM，全面生產保養) 將以往設備保養部門為唯一人選的方式，擴及以設備相關 的人員的全公司活動。從生產保養的觀念再加上生產部門操作 員自主保養，建立對設備專精的人員，進而全面普及化，著重 在各部門間橫向及垂直的溝通，連成一貫的系統，其要點如下。 ‧追求設備的最高效率為目標 ‧設立以設備使用生命週期為考量的系統 ‧ 涵蓋範圍跨越工程部門、作業部門、保養部門及管理部門 ‧ 公司成員由上到下公司，全員參與 ‧ 由動態管理及小組自主活動來推動預防維修 6、1980 年起 Predictive Maintenance (簡稱 Pd.M，預知保養 ) 預知保養可說是預防保養的手法之一，是以儀器診斷設備 的現狀，並取得資料加以研判分析，再以實際狀況加以處置， 主要目的在防止預防保養中定期保養所造成的過度保養(Over Maintenance)，期以最適當的維護週期給予適當保養，來推展 經濟性的 PM、合理的 PM。 這些技術的主題有振動、發熱、異常壓力、應力、劣化、 防銹、防蝕等。 7、2000 年起 Total Productive Management (TPM，全面生產管理 ) 早期的保養皆側重於生產單位，但近年由於企業所面臨競 爭激烈，經營環境日趨嚴苛，TPM 由傳統只注重生產單位保養 的系統(Total Productive Maintenance)，慢慢地轉變成注重 全公司經營改革的系統(Total Productive Management)，藉 由各部門的協同支援，轉化成公司全面生產效能的提升，演變 成進步原動力。
8、2002 年起
Lean Total Productive Manufacturing (精實生產製造 ) 面對全球化的來臨，企業所面臨競爭不再有國家或是地域 的限制，經營環境日趨嚴苛。因此學者開始研究將精實思維與 TPM 融合為 Lean TPM，將其重點擺在充分利用完成工作的智慧 能力、運用這些能力製造更好更優質的產品，並達成世界級的 製造標準。 資料來源：高福成，1/2 TPM 徹底實踐效率化的製造策略，2006
2.3 設備綜合效率 (Overall Equipment Effectiveness，OEE)
設備綜合效率(Overall Equipment Effectiveness，OEE)的觀念是來自於日本 養護協會於1971年提出全面生產維護發展而來，是TPM用來衡量設備總合績效 的工具。並於1980年代，由JIPM的專家Seiichi Nakajima發表「Introduction to TPM」及「TPM Development Program」兩本英文著作後，OEE才逐漸地被業界 所了解。 Nakajima(1988)所著「Introduction to TPM」裏面所談的OEE主要包含三個 效率組成，包含如下： 其公式如下：OEE (%)=可利用時間效率*績效效率*品質效率。 1.可利用時間效率(Availability) 會因為設備的當機而造成損失，主要是來自於設備故障
(Equipment Failure)及設備的設定及調校(Setup and Adjustment)
2.績效效率(Performance of Efficiency)
會因為設備的暫停(Idling and Minor Stoppages)及減速 (Reduced Speed)而造成損失
3.品質效率(Rate of Quality Products) 會因為製程中的壞品(Defects in Process)
及良率下降(Reduced Yield)而造成損失(Rate of Quality Products)
可用性效率(Availability) =設備運作時間/負載時間的比率， 即為時間的稼動率，其公式如下:
Availability =
Loading Time – Down Time
x 100%
Loading Time
績效效率(Performance of efficiency) =淨運作率*運作速度率，即為速度 的稼動率。
淨運作率(Net operation rate)為設備於固定時間於設備實際速率的產出 比值。
運作速度率(Operating speed rate)為設備設定的理論速率與實際速率的 比值。
其公式如下:
Performance Efficiency
= Net Operation Rate x Operating Speed Rate x 100%
=
Processed Amount x Actual Cycle Time x
Ideal Cycle Time
x100% Operation Time
Actual Cycle Time
=
Processed Amount x Ideal Cycle Time
x 100% Operation Time
品質效率(Rate of Quality Products) =設備產出的良率，其公式如下:
Rate of Quality Products =
Processed Amount – Defect Amount
x 100% Processed Amount
以下圖示為OEE試算例子，參考圖2-6
圖2-6 Overall Equipment Effectiveness and Goals 資料來源：Introduction to TPM, Seiichi Nakajima,1988
現今半導體業界所適用的OEE內容業已經過多次修正。依據SEMATECH 所發表的Overall Equipment Effectiveness (OEE) Guidebook Revision 1.0(1995)， 其OEE的定義如下: OEE(%)=可利用時間效率*績效效率*品質效率 公式如下: Equipment 1 Equipment Failure
Six Big Losses Calculation of overall equipment effectiveness Availability = loading time – downtime x 100%
loading time (e.g.)
Availability = 450 mins. – 60 mins. x 100 % = 87 % loading time
Performance = Ideal cycle time x processed amount x 100% efficiency Operation Time
(e.g.)
Performance = 0.5 mins. /unit x 400 units x 100 % = 50% efficiency 400 mins.
Rate of quality = processed amount – defect amount x 100% products processed amount
(e.g.)
Rate of quality = 400 units x 8 units x 100 % = 98% products 400 mins. 2 Setup and adjustment 3 Idling and Minor stoppages 4 Reduced speed 5 Defects in process 6 Reduced yieldd Loading time Operating time Do w n ti m e l o ss Net Operating time S peed loss Valuable operating time Defect l o ss
OEE =Availability X Performance efficiency X Rate of quality products (e.g.) OEE= 0.87 X 0.50 X0.98 X 100 = 42.6 %
可利用時間效率
Availability =
Total Time – Down Time
Total Time
Down Time = Scheduled Down Time + Unscheduled Down Time
(unanticipated failures) +Nonscheduled Time (holidays, shutdown, for example)
績效效率=比率效率*操作效率
Performance Efficiency = Rate Efficiency X Operational Efficiency
比率效率 Rate Efficiency
=
Ideal Cycle Time
Actual Cycle Time
操作效率
Operational Efficiency
=
Total Productive State Time (Regular Prod/Engr Prod/Rework)
Equipment Operational Uptime (Productive, Standby & Engr States)
品質效率 Rate of Quality
=
Total Wafers Processed – Rejects Total Wafers Processed
2.4 SEMI E10
SEMI(Semiconductor Equipment and Materials International)指的是國際半導 體設備材料產業協會，SEMI E10 是SEMI最初發表於1986年主要用來定義及測 量半導體設備的可靠度(Reliability)，可用率(Availability)和可維護性 （Maintainability）( RAM ）的文件。, 在上一節所討論的OEE，是半導體廠商衡量設備績效及生產力的綜合指 標，此內容是依據SEMI E10內所定義的標準來發展，SEMI 並於1990年、1992 年及1996年修定其內容,是目前半導體產業製程設備的規範。其中對於半導體設 備的使用狀態有詳細的規範，並依運作情況定義以下六種狀態： 1. 無法排程狀態(Non-Scheduled State)
2. 非計畫停機狀態 (Unscheduled Downtime State) 3. 計畫停機狀態(Scheduled Downtime State)
4. 工程狀態(Engineering State) 5. 待機狀態(Standby State) 6. 生產狀態(Productive State) 依不同設備狀態的時間組合，又可以分為： 1. 製造時間(Manufacturing Time) 2. 設備可運作時間(Equipment Uptime) 3. 設備停機時間 (Equipment Downtime) 4. 作業時間 (Operations Time) 5. 總時間(Total Time)
圖2-7 半導體設備狀態 資料來源：SEMI E10,2004 2.4.1 生產狀態 生產設備在生產時間(Productive Time)內執行其預期的功能。包含一般性生 產 (包含負載和卸載)、重工、與生產同時執行之工程活動(包含批次及新產品應 用)。 2.4.2 待機狀態 機台設備已經處在可以執行其功能的狀態，各種化學原料和工具也已備 妥，只是尚未在運轉上的狀態。 • 沒有操作員（包括休息，午餐和會議） • 沒有支援設備（包括缺乏可用的支援設備，如對準工具） • 沒有輔助工具（例如沒有晶圓盒、光罩盒、針測卡） • 沒有外部指令輸入自動化系統（即主機的指令）
2.4.3 工程狀態 即使設備和生產過程沒有問題，有時候仍必須進行工程上的試驗，以確認 往後作業上的無誤。 • 製程工程（例如製程的驗証） • 設備工程（例如機台設備的評估） • 軟體工程（例如軟體測試） 2.4.4 預定停機狀態 在預定排程時間中，有一段時間是預先排定之停機狀態，此期間設備無法 正常執行其基本功能。包含維修延遲、生產測試、預防保養、更換消耗品/化學 品、機台整備(set-up)、廠務設施相關…等。 2.4.5 無法排程狀態 機台未排入生產排程的情況。例如不必工作的班次、停工、假日等。 2.4.6 非計畫停機狀態 設備因非排定之突發狀況停機(業界稱當機)，而無法正常執行其功能。包含 因維護延遲、修機、化學消耗品更換…等，茲分類如下。 1. 維護延遲 設備因為在等待使用者或供應商的人員或是零件（包括消耗品/化學 品）而延遲維修的工程，而造成設備不能運作其預定的功能。 2. 維修活動 • 問題診斷(Diagnosis)：查明設備問題來源的程序。 • 維修活動(Corrective Action)：解決設備故障及回覆設備設定條件的維 修程序（包括重新設定、重新啟動及恢復以前的軟體設定…等）
• 測試運行(Verification Run)：設備復機後，測試製程是否達到預定的 標準及規格。 3. 更換消耗品/化學品 因為等待更換消耗品/化學品的停機時間。 4. 規格外的輸入 因為輸入或是置入非規格內的指令或是工具而使得設備不能執行其預 定的功能，這些輸入包括： • 輔助工具（例如，扭曲的卡帶或晶圓盒，壞掉的探針卡或光罩） • 單位（例如，製程中的問題，變型的晶圓及被污染的晶圓…等） • 測試數據（例如，計量工具列的校準，誤讀圖表，錯誤的數據資 料判讀…等） • 消耗品/化學品（例如，被污染的酸液，退化的光阻…等） 5. 廠務設施相關的時間 由於廠務設施造成設備不能執行其預定的功能所引起的時間 這些設施包括： • 環境（如溫度，濕度，振動，粒子計數…等） 。 • 內部管路（例如，電力，冷卻水，氣體，排氣管，液氮…等）。 • 連結到其他設備或主機電腦的通信網絡。
以上SEMI E10所定義以下六種狀態，與綜合績效有其互相關聯，惟此部 分非本研究重點，茲以圖表示如下:
圖2-8 SEMI E10與OEE的關係
2.5 半導體績效改善相關論文整理
TPM在傳統的產業推動已有相當多的論文研究，在半導體產業裏，也有相關 的論文研究，茲將相關研究整理如下。 吳振寧(1998)在「台灣半導體廠設備管理指標模型建立與評比」文獻中， 討論如何建立完整的半導體設備管理指標模型以提供業界參考，並試圖找出台 灣半導體廠設備管理之改善空間及改善的驅動因子，促進提升設備管理績效。 吳志雄(2001)在「全面生產管理（TPM）活動之導入與成效研究 — 以汽 車零組件公司為例」文獻中，推動TPM (Total Productive Management)活動之目 標是藉由人與設備的體質改善，進而改善企業體質，以達零損失、零故障、零 公害及零缺點，亦藉此達到提高設備總合效率，提升生產力，提升品質及降低 成本之目的。其活動是依各公司經營理念、方針與目標所擬定之計劃書執行， 基本上是依十二步驟逐一展開，內容大致涵蓋八大支柱（個別改善、自主保全、 計劃保全、品質保全、開發管理、教育訓練、安全衛生及間接部門等），主要 是消除十六大損失（設備效率化之八大損失、人效率化之五大損失及原物件效 率化之三大損失），在活動中運用到目標管理、目視管理、診斷稽核系統、FMEA (Failure Mode and Effect Analysis)、PM（P-4M）(Phenomena - Mechanism, Man, Machine, Material )分析及MQ（Machine Quality）分析等手法，並且用PDCA (Plan, Do, Check, Action)之管理循環來運作整個TPM之推動，其有形成果是利用相對指 數表現於Production（生產）、Quality（品質）、Cost（成本）、Delivery（交期）、 Safety（安全）及Morale（士氣）之項目上。由成果之數據顯示TPM活動不僅呈 現完成目標的達成率，而且能協助企業改善體質及建構持續性之競爭優勢。呂明宏(2003) 在「推行TPM活動關鍵成功因素之探討--以燁輝鋼鐵為例」 文獻中，討論燁輝於1998年正式導入TPM活動，活動實施後的第一年，八條生 產線的平均設備總合效率OEE值(Overall Equipment Effectiveness)就提升10%， 對向來績效就不錯的燁輝，是一大驚喜，到2003年底，十一條生產線的平均設 備總合效率OEE值，與1998年比較，共提升了30%,成功因子除了最高主管之支
持外，各階層主管的支持也是很重要之因子之一，另外由廠內主管的訪談之中， 員工對管理活動中獲得較實質的利益會較為關心而且對活動之推行也會較有幫 助，因此把工作績效或生產績效及產銷獎金與管理活動綁在一起的時候，對活 動的進展會較有效益，再將活動設計成簡單易行，則風行草偃。 郭全育(2004) 在「運用PDCA改善方法強化晶圓廠成本競爭力之實例研究」 文獻中，用簡單的衡量與標準的觀念並運用PDCA管理循環之理論探討半導體製 造成本改善過程。 陳昕楷(2005) 在「建構半導體機台績效管理架構及其生產力提升方法」文 獻中，針對監控與診斷半導體設備績效提出一個整合性的架構，並考量機台群 組與時間兩個維度以定義相對應的設備效率指標。接著提出以統計製程管制為 基礎的長期性設備效率指標之分析，透過群組OEE及其變異之管制圖來監控機 台即時績效。 邱俊斌(2005)在「半導體廠設備綜合效力之探討-以半導體測試廠為例」文 獻中首先推導OEE成本模式，以說明OEE對於製造成本的重要影響，接下來試 圖以因素分析找出影響OEE的背後共同影響以利尋找未來OEE的改善方向。最 後建構半導體業的OEE預測模式，並比較不同預測模式。 黃錳樺(2006)在「半導體晶圓廠設備管理績效之研究–以A公司十二吋廠先 進製程控制系統為例」文獻中，由個案研究法(Case Study)，透過訪談、參與觀 察及檔案紀錄等多重證據來源作為佐證，論述個案公司應用先進製程控制系統。 郭嘉宏(2006)在「導入TPM活動提升設備OEE--以半導體封裝產業之成型機 台為例」文獻中藉由導入全面生產保養（Total Productive Maintenance，TPM） 活動過程中，透過人為操作生產資訊管理系統(Production Management
Information System，PROMIS)提供設備停機的紀錄，使得設備技術人員進行計 畫保養程序中，再運用失效模式與效應分析方法(Failure Modes Effects
Analysis，FMEA)，層別分析風險優先指數（Risk Priority Number，RPN）及降 低層次組件失效的改善系統措施，更有效節省修復時間。然而，對於統計設備
提高封裝廠瓶頸設備有效產出利用率，減少產能損失與提升設備妥善度，更精 進封裝廠設備之設備綜合效率。研究的成果，建立改善手法使其專業技能得以 傳承，並在最小單位成本支出下，達成設備最大有效之產出，避免大量資金購 買新設備來增加產能。 小結:綜合以上文獻的整理，對於半導體績效改善的研究有以下分類。 1. 研究側重於提升半導體廠的綜合績效及成本的改善 研究文獻有以個案研究的方式，探討半導體晶圓成本特性，並運用標竿學 習法及PDCA手法，改善晶圓廠生產成本，並提升競爭力之實例研究。 2. 探討綜合績效並推導OEE的預測模式 相關研究有針對監控與診斷半導體設備績效提出一個整合性的架構，並考 量機台群組與時間兩個維度以定義相對應的設備效率指標。接著提出以統計製 程管制為基礎的長期性設備效率指標之分析，透過群組OEE及其變異之管制圖 來監控機台即時績效。 在OEE與成本研究文獻方面，有推導OEE成本模式，以說明OEE對於製造 成本的重要影響，並以因素分析找出影響OEE的背後共同影響，最後建構半導 體業的OEE預測模式。 3. TPM的實例導入研究。 在TPM的研究文獻方面，亦有導入TPM活動，並使用失效模式及效應分析 法，減少平均維護時間(MTTR)，提升半導體設備OEE的研究。 惟上述的研究，是環繞在OEE的整體的產出，文獻上可以看到OEE的數值 改善，但是並沒有辦法透過數值的改善，了解到何者的改善做出的較大貢獻， 此外，PDCA是小群體改善方法，但是在操作上必須有停止的迴路設計，否則將 會面臨到資源的浪費及效率的降低。
另外在研究上並沒有以TPM來改善半導體晶圓製造廠的微影設備績效，因 此，本研究著重在於半導體晶圓製造廠的微影設備績效問題分析，並就分析的 結果導入TPM，並設計小組活動來推動問題的改善，最後並提出適合在半導體 晶圓製造廠的微影設備績效改善的TPM手法。
三、研究架構
設備的當機是整個組織系統運作的結果，在問題釐清要準確，在績效改善 要抓住大魚，在問題解決要愈來愈標準化。但是隨著半導體技術持續進步，設 備維修變得愈來愈難。SPIE研究表示微影製程在2009將達到32奈米，2011年將 達到22奈米(半導體科技，先進封裝與測試，2007)，先進的製程背後是更設備技 術層次提升，而使維修因難重重。 因此，TPM活動正是經由以人的思考改變，並進行能力養成，徹底排除生產 系統之損失，進而提高設備的信賴度與可靠度、確保產品品質、滿足顧客需求， 以建構企業持續性競爭優勢不可或缺之管理活動。3.1 TPM的推展步驟
從TPM的全面展開到接受TPM獎的評審為止，企業一般要花二年半到三年 的時間，實際時間長短仍需視每家公司之狀況而定，一般而言，員工人數較多 的企業，甚至要花上三至五年的時間，但主要還是依實際效益是否顯現為考量。 (杉浦政好，1998) 推展TPM共包含有13個步驟，最初是在1983年發表的，而在1980年代的中 間時期開始出現全公司推動TPM，此時TPM的定義也配合推展至全公司的TPM 而重新訂定。(日本設備維護協會,1995) 而其推展可分為四個階段： 1、導入的準備階段………步驟1~6 2、導入開始………步驟7 3、導入實施階段…………步驟8~12 4、落實階段………步驟13 日本設備維護協會(JIPM)TPM總合研究所，技術本部本部長杉浦政好，強 調企業決定要導入TPM活動，並不是馬上可以展開TPM八大支柱活動，最好是 順由「TPM活動展開程序十三步驟」，踏實的加以推進，才算是掌握了成功的關鍵。十三步驟可分為四個階段，分別說明如下。(高福成,2006) 表3-1 TPM活動展開程序十三步驟 區分 要點 企業對於內、外部環境進行分析 並經由分析的結果由經營階層的決定導入 由熟稔企業及部門內部事務之相關人員中篩選 幹部:依階層別辦理研修 一般:幻燈片介紹 通常以企業方針及目標來展開 採取重複小集團組織，依此模式相互重疊，組織成 一個TPM推動委員會 從導入準備到PM獎送審為止 開 始 導 入 客戶 關係廠商 協力廠商 追求生產部門效率化的極限 8.1 個別改善 計劃小組活動與現場小組活動 8.2 建立自主保養體制 以步驟方式，進行診斷與獲頒合格證 8.3 建立保養部門的計畫保養體制 改良保養、定期保養、預知保養 8.4 提升操作、保養技術的訓練 領導人的集合教育 9.建立品質保養體制 設定不讓不良品出現的條件及其維持管理 10.設備初期管理體制的建立 開發容易製造的產品，與製作容易使用的設備 11.管理、間接部門的效率化 提高支援生產及自己部門的效率化與事務的效率化 12.建立安全、衛生與環境的管理體制 建立零災害、零公害的體制 落 實 階 段 接受PM獎審查，向更高的目標挑戰 導 入 準 備 階 段 導 入 實 施 階 段 八 大 支 柱 13.TPM完全實施與水準之提升 步驟 1.經營階層的決定導入 3.TPM的導入教育與宣傳活動 4.基本方針與目標設定 5.建立TPM推動組織與建立職務上之示範 6.編訂推展TPM的主計劃 7.TPM正式導入大會 2.初期幕僚人員的設置 8.生產部門效率化體制的建立 資料來源：高福成，全面生產保養推進實務，1994
3.1.1 導入準備階段(步驟1~6) 步驟1：經營階層的決定導入(期間約30日) 此一步驟是企業對於內、外部環境進行分析，分析的方法可依據企業的屬 性使用SWOT分析(Strengths、Weaknesses、Opportunities及Threats )或是使用PEST 分析，其中P為政治（Political）、E為經濟（Economic）、S為社會（Social）與 T為技術（Technological）。 透過以上的分析，可對於公司所處的環境，及面對的挑戰做一個通盤的審 視，經營層根據分析內容來決定是否採用TPM來解決問題或是達到公司的特定 目標，因為推動之成敗，公司經營階層之決心與熱忱佔有極大之關係，經營階 層必須瞭解實施TPM必須投入大量之人力、物力及時間，短則二到三年，長則 是四、五年，但產出的效果往往是投入的數。因此從最高管理階層係指董事長、 總經理、所長、廠長等，應能從現場理解並確認TPM的成果後，再下決定導入 TPM。 步驟2：初期幕僚人員的設立(期間約6個月) TPM的活動乃是依照正式行政組織在進行活動，所以並不需要特別編定另 外的活動組織，但是在活動展開時，必需要有相對應的窗口，以便對活動過程 的進度與成效進行討論，因此在正式的組織中，指定各部門一位兼任幕僚工作， 如果規模較大時(員工人數多於1200人，導入活動部門超過五個)，建議有專門人 員來推展工作。 步驟3：TPM的導入教育與宣傳活動(期間約4個月) 任何活動的推展，必須要有充分內部行銷，及充分的教育，使員工能與工 司的目標綁在一起，若外在形勢嚴峻，會有推波助瀾的效果，若是承平時期， 則更要花費心力溝通。 此一階段是針對各階層進行不同的教育內容，同時也是為了培養內部的最 佳時機。一般之訓練可依階層別分為經營幹部課程、實戰管理者課程、講師培 訓課程、現場領導幹部課程。 步驟4：基本方針與目標設定(期間約3個月) 依據步驟一的環境分析內容，制訂未來活動的重點與目標，這些內容通常
以企業方針及目標來展開，所以設定企業之方針式目標時，可規定以實施TPM 為達成方針式目標的手段，如此可凸顯其地位。目標值的設定，可由生產力、 品質、成本、庫存、交期、安全性、士氣中找出企業最迫切需要改善的項目而 訂定。 步驟5: 建立TPM推動組織與建立職務上之示範(期間至取得TPM實績) 一般而言，是否建立專責機構並沒有強制性，但是在運作上，大部分採取 重覆小集團組織，係以第一線作業人員組成一個TPM小組(班)，其小組領導者是 推動委員會的委員，而班推動委員會的領導者是課推動委員會的會員，依此模 式相互重疊，組織成一個TPM推動委員會。透過此種重覆小集團活動，使基層 人員的意見、看法可以反應至最高階層，而最高階層的政策、方針亦可落實至 基層。 圖3-1 重覆小集團之組織
資料來源：Tokutaro Suzuki, TPM IN PROCESS INDUSTRIES，1994
步驟6：編訂推展TPM的主計劃 從TPM之導入階段到落實階段為止之進度計畫表稱之。針對各項活動列出 公司TPM管理委員會 工廠TPM管理委員會 課級TPM管理委員會 班級TPM管理委員會 現場TPM管理委員會 董事長 廠長 課長 班長 一般從業員
細部實施計畫。 典型的主計畫的實行是包含了TPM展開的八大支柱，即: 1. 生產部門效率化的體制建立 • 個別改善 • 自主保養 • 計劃保養 • 運轉、保養的技能提升訓練 2. 新產品、新設備的初期管理體制的建立 3. 品質保養體制 的建立 4. 管理間接部門的效率化體制的建立 5. 安全、衛生與環境的管理體制的建立 3.1.2 導入開始階段(步驟7) 步驟7：TPM正式導入大會 正式導入大會一般應儘量集合所有的從業人員，舉行「TPM全展開大會 (kickoff)」或「TPM全面展開儀式」。大會中除了高階人員的執行決議表明之外， 各部門的主管報告目標的執行計畫也是必要的。 另外，在TPM的執行上，很多項目都與供應商及其他部門連結，因此，在 大會中邀請供應商及相關部門對於整個企業的目標達成會比較有幫助。 3.1.3 導入實施階段(步驟8~12) 步驟8：生產部門效率化體制的建立 從這一步驟開始正式進入執行階段，即所謂TPM的八大支柱，因為TPM是 以設備面為切入點，因此，以設備總合效率為中心來展開的個別改善為活動的 重心。 步驟8.1：個別改善 就如同TQM的QCC活動一樣，個別改善只是焦點放在OEE，而所運用的手 法則不限QC的七大手法，各種分析的手法，包括5 W1H分析，設備FMEA(Failure
Mode and Effect Analysis)、PM (Phenomena and Physical -4M)分析、
M-Q(Machine-Quality)分析、MTBF(Mean Time Between Failure)分析、愚巧法等 都是在個別改善中常用的分析方法。 透過個別改善，能確實掌握有關設備、原物料、人員等之16大損失項目， 分析找出問題癥結點，並選定示範設備或生產線，由管理職組成示範小組，並 訂定改善主題進行之，於實施改善完成其確認效果後，製作暫定標準化程序書， 再進行水平展開。 步驟8.2：建立自主保養體制 所謂自主保養，重點應該放在劣化的防止上，亦即確保設備的運作能維持 一定的程度水準。即指每一位操作者，除了能正確操作設備外，並以「自己的 設備自己來維護」為目標，對於異常現象能提早發現，並加以處理使之復原。 同時，亦能扮演設備保養部門的現場感應器，協助維修部門紀錄並反應「異常」。 步驟8.3：建立保養部門的計畫保養體制 推行計畫保養的目的，是由改善設備的信賴性、保養性與經濟性等活動的 組合來維持設備的機能，使設備隨時保持在最佳狀態下稼動。計畫保養已由過 去的時間基準保養(TimeBaseMaintenance，TBM)，例如週保養、月保養、季保 養及半年保養。變成狀態基準保養(ConditionBaseMaintenance，CBM)，使達成 零故障的境界，延長設備壽命。 步驟8.4：提升操作、保養技術的訓練 操作及保養技術的專業對於設備的績效有直接的關聯，員工的專業化與專 精化更是公司的重要資產，因此教育訓練不但要使每位成員對自己業務能專業 化，並不斷提升專業與管理技術，同時亦要將專業知識有效的管理、應用及擴 張，以建構企業永續人力資源。 步驟9：建立品質保養體制 一般傳統的品質管理，都是由產出的結果來進行，最典型的是不良品的柏 拉圖統計，背後所代表的意思是不良品已經發生了。
備精度與製品的品質作關聯外，也對於儀器、作業方法、原物料等要因與設備 的關係及品質上的影響度加以分析。 針對現有設備的個別改善、自主保養、計畫保養等活動所衍生的設備改善、 作業改善、發生源和困難部位對策，改良保養等改善資料要回饋到新產品、新 設備的開發階段，以期開發容易製造的產品和容易製作的設備。 TPM各支柱與進行活動，主要有個別改善、自主保養、計畫保養、技能教 育、產品、設備初期管理、品質保養、間接部門效率化及安全、衛生和環境等 八大支柱，其各支柱之方針、目標、負責人員及活動內容，有關八大支柱的主 要推動部門(高福成,2006)，如表3-2所示。
表3-2 八大支柱的主要推動部門 支柱 個別改善 自主保養 計劃保養 運轉、保 養的技能 提升訓練 建立新產 品新設備 的初期管 理體制 建立品質 保養體制 建立管理間接 部門的效率化 體制 建立安 全、衛生 與環境的 管理體制 方針 1.實現所 有故障、 不良的浪 費為零 2.生產效 率極限化 1.培訓勝任 的操作員 2.自己的設 備由自己保 養 1.保養部分 效率化 2.防止發生 設備的損失 提昇從業 人員及保 養人員的 技能 1.縮短產 品開發期 設計期間 2.縮短設 備開發設 計製作時 間 藉由設備 條件的維 持、保養 實現零不 良率 1.實現機能浪 費為零 2.建立有效率 的辦公室 3.對生產部門 發揮支援機能 1.達成及 維持零災 害 2.實現健 康有工作 價值清爽 工作現場 負責人員 基層現場 主管 從業人員 現場主管 保養部門基 層、主管及 保養人員 從業人員 保養人員 研究開發 幕僚 生技保養 幕僚 品質保養 基層 生技現場 主管 間接部分主管 及人員 安全、衛 生和環境 管理人員 及基層 活動內容 1.掌握16 大損失 2.總合效 率生產性 ，現狀的 計算和目 標設定 3.現象解 析和關聯 要因再檢 討 4.徹底追 求設備、 生產應有 姿態 七步驟的實 施: 1.初期清掃 2.發生源/ 困難部位對 策 3.製作暫定 基準 4.總點檢 5.自主點檢 6.標準化 7.徹底自主 管理 1.每日對策 2.定期保養 3.預知保養 4.延長壽命 5.預備品管 6.故障解析 7.和防止重 犯 8.潤滑管理 1.保養基 礎課程 2.螺栓螺 帽的鎖緊 3.鏈鎖吻 合作業 4.軸承保 養 5.傳動零 件保養 6.防漏防 止作業 7.油壓氣 壓機械保 養 8.電氣控 制機械保 養 9.保養整 備課程 10.製成 1.設定開 發目標 2.製造容 易化 3.QA容易 化 4.使用容 易化 5.保養性 6.信賴度 7.LDC檢 討 8.設計， 出圖 9.試作， 製造 10.設計 審查實施 1.品質特 性規格的 確認，不 良現象與 實績掌握 2.改進品 質，調查 各工程和 原材料、 設計及方 法的條件 3.設定4M 條件、設 定審查基 準值 自主保養活 動: 1.初期清掃 2.業務初期清 掃 3.業務效率化 4.標準化 5.目標管理徹 底 依計劃活動的 個別改善: 1.縮短決策日 期 2.物流改善 3.採購外包效 率化 4.革新生產管 理系統 1.設備安 全化對策 2.作業環 境改善 3.公害防 治對策 4.促進員 工的健康 5.推行清 爽活動
步驟10：設備初期管理體制的建立 設備初期管理追求的目的有三: 1. 100%達成製品設計的要求品質特性值，從工程計畫展開設定工程品質， 並依此來選擇、製作100%達成這些要求的設備。 2. 計畫生產能力要能確保製品的計畫成本，因此在設備投資的成本與操作 的維持成本兩個目標要設定清楚。 3. 設備的稼動計畫日程要能遵守，以確保製品的交期準時。 步驟11：管理、間接部門的效率化 企業效率的提升並非從單一的部門就可以解決，而是倚賴各部門間的資源 整合，因此，企業的策略執行，透過TPM的管理活動，集中焦點展開，並藉由 TPM作為改善的工具，將企業的各活動緊密結合，達到資源的有效運用。 因此建立管理、間接部門效率化體制，並使其在TPM活動中，提供給顧客 或生產現場迅速適切的服務，並能培育出有事務處理能力的人及明朗亮麗的工 作職場。目的在提高支援生產及自己部門的效率化與事務的效率化。 步驟12：建立安全、衛生與環境的管理體制 安全是一切的根本，TPM的任何活動都是以零災害、零公害為前題下進行 的。因此，必須以安全第一與零災害為設定目標，且能具體落實達成。首先需 徹底實施5S，使不安全的部位顯現出來，此外，加強教育訓練與士氣，以培養 具有安全知識的人員，並有正確的災害防止行動對策。為了有效推展「零災害、 零公害」活動，應活用以下推行工具：危險預知活動、活動看板、單項重點教 材(one-point-lesson)、步驟診斷(高福成,2006)。 3.1.4 落實階段(步驟13) 步驟13：TPM完全實施與水準之提升 上述活動實施一段時間後，公司在推行TPM已有些成果，可將TPM優秀獎 及其進階獎項當作活動過程的成果驗證，但仍有幾點應加以注意: 1. PM受獎受審準備，由於申請PM獎需先送交TPM活動過程之書面資料， 因此，在TPM活動過程中，應每年定期紀錄成果及其間活動資料，這份資料稱
為「TPM實施概況書」。資料內容需要紀錄活動經過情形及相關指標之推移， 尤其是OEE的概況應詳加敘述。 2. 依據TPM優秀獎現場審查查核項目及TPM成熟度評價基準，進行自我評 價活動。 3. 以「TPM實施概況書」向日本PM獎審查委員會秘書處JIPM，提出受審 申請。 4. 接受審查之現場準備。 5. PM獎通過後，仍應依審查員所提之待改善處，持續進行TPM活動，向更 高水準挑戰(高福成,2006)。
3.1.5 TPM與5S活動關聯 全面生產保養(TPM)活動是透過人的行動品質提升來達到企業體質的強化 的企業經營管理全面性活動。而5S活動的展開能夠使得每個人在不斷接受教育 及活動中潛移默化，進而提升人的行動品質，進而養成強健、高應變力的企業 特性。 5S是取自5個日文詞詞彙的第一個羅馬拼音字首而成，以下針對5S的定義作 簡要說明(高福成,1995)
○整理(Seiri)：(Good Arrangement, Organization)
是將所有物品區分要物與不要物，然後將不要物移走，待處理或丟棄之不 需要資源，亦應識別及分放。
○整頓(Seiton)：(Good Order, Order)
整頓就是將必要物放置在容易取放的固定位置，將東西依序定位、分類、 標示、用完歸位。 ○清掃(Seiso)：(Cleaning) 清掃就是徹底把每個角落掃除乾淨，使問題點顯見，要消除環境、倉庫、 櫃子、地面設備之污垢、污水、灰塵、粉塵，亦就是檢點和自主保養第一 步。 ○清潔(Seiketsu)：(Neatness, Standardization) 清潔就是要徹底執行整理、整頓、清掃，並根絕髒亂源頭。 ○教養(Sitsuke)：(Discipline) 教養即紀律，透過教育、訓練使員工能遵守公司作業標準與規定，並養成 守法精神，同時反應在例行工作習慣，使每位員工具有積極、負責態度。 5S活動就如同TPM的基本功，沒有進行5S活動就不會有TPM活動的成功， 若是無法循環實施，會給大家作秀的想法，也容易養成敷衍的惡習，同時也無 法達成TPM活動的目標。
3.1.6 TPM效果的評估 企業的活動是投入5M(Man-人;Machine-機器;Material-物料;Money-錢;Management-管理)，而用以評估這些投入是否具有成效的指標，除經營面的 數值外，在TPM裏則定義P(生產量)、Q(品質)、C(成本)、D(交期)、S(安全、衛 生、環境)、M(工作士氣)，來衡量及管理TPM是否真正落實。 表3-2，列出TPM效果評估的項目，用以衡量活動後實施的效果，並可以此 結果來檢視企業是否在執行上有所成效。 建議在落實階段後，至少每一季檢視一次評估項目，並且在企業所特別重 視的項目，可加強掌握活動的進度。 小結:綜合以上文獻的探討，對於TPM的理論及運用有以的整理。 一般企業所制定的目標及策略，多注重在銷售及生產數字的增加或是市佔 率的推進，極少設定品質及安全的企業體質內的目標，大部份品質及安全項目 會被例為長期性的認知，或是牆壁上的口號。 但是，對於實行TPM的企業而言，生產力的推進是企業內從上到下每個所屬 的員工都充分完成本份內的工作，使設備發揮到最大的效用，而且透過重覆的 小組活動與公司目標聯結，並且不斷的修正缺失，並杜絕浪費。不但使得企業 由內而外達到整體的精進同時也在員工的安全、工作的環境整潔及產品品質的 提升給予全面性的保障。
表3-3 TPM的效果與評估項目 資料來源：高福成，全面生產保養推進實務，1994 項目 估計式 內容 1 營業額 實際數值 營運分析 2 銷售額營業利率 利益額/銷售 額*100% 營業利益占銷售額的比率 3 附加價值生產性 附加價值/員工人數 每一個員工的生產量 1 生產總量、生產性 生產數量/(時間*人數) 每一勞動單位的生產量 2 設備總合效率 時間運轉率*性能運轉率*良率 評估設備貢獻為多少 3 故障件數 突發故障的實際數值 實際故障件數(製造部門的指標) 4 短暫停機件數 產生短暫停機的實際數值 突發故障(製造部門的指標) 5 安排時間 實際數值 故障時間(製造部門的指標) 6 故障強度率 故障時的合計/負荷時間*100% 因設備故障停止時間的比率(設 備管理部門的指標) 7 故障次數率 故障停止次數的合計/負荷時 間*100% 每負荷時間的故障發生比率(設 備管理部門指標) 8 MTBF 運轉時的合計/故障停止次數 的合計*100% 平均故障間隔 9 MTTR 故障停止時間的合計/故障停 止次數的合計*100% 平均修理時間 10 保養費率 修理費用的合計/設備投資金 額的合計*100% 相對於設備投資金額的修理費之 比率(設備管理部門的指標準) 11 計畫保養 達成率 計畫保養實施件數/計畫保養 件數*100% 計畫保養的實施率(設備管理部 門的指標準) 1 工程內不良率 不良率/生產數*100% 產出合格率、良率提升 2 抱怨件數 實際數值 降低客訴件數 1 改善效果金額 實際數值 改善後有形與無形效益 2 成本減低率 1-(本期成本/前期本)*100% 表示成本減低的比率 3 保養費減低率 1-(本期成本/前期本)*100% 表示保養費減低的比率 1 交期遵守率 (按計畫交貨件數/計畫交貨件 數)*100% 遵守交期的比率 2 縮短生產全程之時 間 實際數值 著手生產至出貨的全部時間 1 災害件數 實際數值 災害發生比例 2 災害強度率 勞動損失日數/總勞動時間數 *1,000 每1000勞動時間的因災害損失日 數 3 災害度數率 休業災害件數/總勞動時間數 *1,000,000 表非每100萬勞動時間的勞動災 害件數 1 圈活動時間 實際數值 全面性追蹤執行狀況 2 重點課程張數 實際數值 訓練課程統計 3 改善提案件數 實際數值 員工的創意 4 取得公認資格者數 實際數值 對員工技能的肯定 5 接受教育講座者數 實際數值 教育程度的統計 6 自主保養率 作業員處理件數/總故障件數 *100% 自主保養績效評定 安 全 教 育 / 士 氣 品 質 經 營 生 產 成 本 交 期
