奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

國家奈米元件實驗室National Nano Device Laboratories

http://www.ndl.org.tw

2007.07

奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

目錄

1

編者的話

2 戴寶通

主題文章

3 利用近場光學建立的積體光學元件 陳敬憲、吳世全、梁倫誌

7 埋藏於氧化層的矽奈米微晶增益光偵測器 謝嘉民、李卓奕

11 奈米金粒子鑲埋之染敏太陽能電池之光電轉換效率

楊茹媛、莊明戰、翁敏航、高宗達、戴寶通

18 利用應力補償技術成長多層量子井半導體太陽能電池

蘇炎坤、吳佩璇、郭成聰、洪慧芬、許榮宗、吳志宏

奈米科技

23 動力機械與潔淨能源研究室 鄭金祥

資訊交流

24 以平衡計分卡理念建立安全衛生管理績效指標-以光電產業TFT-LCD廠

為例 李雅鈴、張翼、戴寶通、賴仁德

32 鎢金屬蝕刻製程中以C3F8取代SF6達到PFC減量之研究

周主安、張翼、戴寶通

42 高科技廠無塵室機台防爆電氣設置評估之研究

曾森裕、張翼、戴寶通、許宏德

47 整合性管理系統之建置研究 楊雅琇、張翼、戴寶通

54 FMEA應用於降低廠務監控系統運轉風險之探討-以半導體廠氣體化學

系統為例 張榮哲、張翼、戴寶通

相關學術會議報導

62 NanoTech Insight 2007 國際會議參加記述 吳世全

63 2007年國際固態電路會議報導 黃國威 65 國內外學術會議資訊

67 SNDT 2007

發行人：倪衛新

總編輯：戴寶通

編審委員：蔡俊輝、張茂男、施錫龍、林鴻志、謝健、鄭宗杰

執行編輯：黃心寧

美術編輯：有囍廣告有限公司

出版者：財團法人國家實驗研究院奈米元件實驗室出版委員會

登記證：行政院新聞局版台省誌第410號編號：022218890021

國際上對奈米科技的重視已有

近十年的歷史，奈米點、奈

米線、奈米棒等奈米材尺寸材料的

研發成果輝煌，在自然與科學上也

展示了新穎的物性、化性與功能上

的改進。然而在商品化的產品目前

還缺乏顯著的成果。奈米尺寸材料

可以改變塊材的能隙、直接能隙與

間接能隙的變化等，對光電元件的

應用確實提供新穎的功能與應用。

因此奈米光電元件的介紹成為本期

奈米通訊專題的主軸，希望讀者藉

此能有較深的認識。

本期吳世全博士所指導的論文

"利用近場光學建立的積體光學元件"

對奈米線的光傳導或波導元件有著

簡要的分析，並提出兩者整合在同

一基板的架構。另外，謝嘉民博士

的"埋藏於氧化層的矽奈米微晶增益

光偵測器"則提出以矽基材所構成的

增益型光偵測器。此為首例證明矽

奈米量子點的光電元件，可達到高

效率，破解傳統上矽塊材因為間接

能隙不適合光電元件的迷思。

太陽能電池是最具潛力解決地

球上能源危機和環境污染的潔淨能

源。利用奈米尺寸的太陽能電池，

可以有效提昇效率或(與)降低製造成

本的應用，也成為熱門的研究發展

主題，本期成大電機系蘇炎坤教授

指導論文"利用應力補償技術成長多

層量子井半導體太陽能電池"與讀者

共享以多層量子井解決因晶格不匹

配所形成的接面問題。其應用為維

持更寬厚的製程窗口，達到多層接

面的高效率太陽能電池。另外成大

電機剛出爐的楊茹媛博士則以"奈米

金粒子鑲埋之染敏太陽能電池之光

電轉換效率"一文與讀者共享奈米粒

子應用在太陽能電池的發展方向，

希望藉此吸引更多的讀者能積極參

與太陽電池的研發工作，讓國人可

與世界同步，建立更深厚的基礎。

本期的資訊交流特別介紹幾篇

工安環保的專文。作者都在國內業

界具有相當的工作經驗，在此分享

其研究成果。除了提昇本實驗室的

工安環保知識外，也可提昇國內相

關實驗室相關工廠的工安水準。其

中李雅鈴所著"以平衡計分卡理念

建立安全衛生管理績效指標"具有創

見。以國研院正在推展ABCM的管

理制度，這一篇正可作為借鏡、參

考的方向。最後我們竭誠的觀迎專

家、學者來文投稿九月號主題生物

電子與十二月主題高頻技術。

戴寶通

奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

國家奈米元件實驗室National Nano Device Laboratories

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2007.07

NO.22

2007.07 十四卷

編者的話

奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

主題文章

3

摘要

隨著元件尺寸的縮小化，所

將面臨的物理極限也越來越近，

且在一般電子元件的傳輸速度很

難有更進一步的進展下，想要有

更快速的處理速度，必須要仰賴

新的傳輸物質。積體光學元件

是以電磁波為傳輸物質的積體元

件，因為電磁波的傳輸速率約是

電子的千倍，利用半導體技術的

經驗可將想要的光學元件製作出

來。一般的積體光學元件的尺寸

是以微米為單位，若想要以奈米

尺寸製作出如奈米線、奈米點當

作光學傳輸元件時，一般的光纖

無法偵收到如此弱的信號，利用

近場光學設備可解決上述的問

題。近場光學是利用小於輸入波

長的距離在奈米線或點的一端收

集光波的訊號，如圖1要在距離

玻璃基板15nm偵測光訊號，一般的光學設備很難辦到，因為輸出

的光源信號是很微弱。這種設備

對於奈米元件的測量是很有助益

的。

簡介

1987年，E. Yablonovitch和S.

John提出電磁波會隨著介質的介電

係數、尺寸大小(通常尺寸是在電

磁波波長的尺度下)、排列週期不

同而產生改變，利用這個原理，我

們可用來做出具有光波導的元件，

如圖2所示，即為光子晶體，這些

具有週期排列的介質導致電磁波

在通過時由於入射波受到反射波

的干涉產生光子能隙，造成滿足

特定波長的電磁波無法在此結構

中傳播而會沿著某一路徑傳播。

另一種波導結構如圖3所示，包含

導光(core)、覆蓋(cladding)、以及

基板(substrate)三層，其折射率分

別為nf、nc、ns，且在導光-覆蓋

介面與導光-基板介面之間分別有

全反射角θc與θs，由於nf＞nc＞

ns，在θ＞θs＞θc時，入射波會

因全反射的原因侷限在導光層內，

電磁波就會在導光層內傳導。製作

波導過程，最具挑戰性的是具有一

個彎曲的波導，如圖4.1所示為Y波

導結構，通常在作彎曲結構時，分

枝角度要小於2˚，這樣光波的損失

才不會因角度而增加，然而對於在

傳統波導結構想要有10˚以上的大

角度，是一件困難的事。不過，最

利用近場光學建立的積體光學元件

陳敬憲1、吳世全1、梁倫誌2

國家奈米元件實驗室1、明新科技大學光電所2

圖1 利用奈米線傳導波長835nm的示意圖。(摘錄自參考文獻[1])圖2 一般的波導與光在具有光子能隙結構

的波導。(摘錄自參考文獻[2])

NO.24

2007.07 十四卷

近在光子晶體中確發現到若在其結

構內產生一缺陷線條，如圖4.2所

示，則光會沿著此缺陷線條傳播，

不會有很大的損失，對於積體光學

元件的應用的相當有益的。

表面電漿子(surface plasmon)影

響電磁波的現象是Wood在用刻有

光柵(grating)的金屬表面上時，發

現電磁波會產生異常的反射光譜，

此一發現吸引了許多人的興趣。此

現象對於奈米生物、化學的感測應

用是相當有益的。圖5為表面電漿

的示意圖，由於TM極化的電磁波

從一般介質入射至金屬表面時，金

屬表面會因電磁波在金屬內、外

層的電場不連續而產生自由電子，

受到平行於金屬層電場的驅動下，

自由電子會沿金屬表面產生縱波的

振盪，就好像固態晶格振盪一樣，

金屬表面自由電子的振盪也有某特

定的色散關係(dispersion relation)與

共振頻率[5]。然而因為TE極化的電

磁波並不會在金屬表面產生自由電

子，所以並不會有表面電漿的現象

發生。受TM極化的電磁波產生金

屬表面電漿可分成輻射性表面電漿

及非輻射性表面電兩種，如圖6所

示。從圖中可知，一般光在介質中

的色散曲線無法交集於非輻射性表

面電漿曲線，所以必須透過某些機

制，才能使入射的電磁波到達非輻

射性表面電漿的條件。通常使用的

方法有兩種，第一種是作出光柵上

有金屬表面的結構，使其滿足式中

g=2π/a為光柵的倒晶格向量，a為

光柵的週期。入射的電磁波能在光

柵中獲得額外的波向量，才能激發

金屬表面電漿；另一種是利用較高

的介電係數產生全反射的消散場，

如圖7所示。從圖中可知，當電磁

波從稜鏡入射至介電物質時會產生

全反射，但此時亦會產生消散場通

過介電物質至金屬表面，此時入射

至金屬表面的介電係數並非空氣或

ε1，而是較高的介電係數ε3，結

圖3 傳統波導示意圖。(摘錄自參考文獻[3]) 圖4.1 Y波導結構。(摘錄自參考文獻[4])圖4.2 具有缺陷線條的光子晶體結構。(摘錄

自參考文獻[2])

圖5 表面電漿示意圖。(摘錄自參考文獻[6]) 圖6 金屬表面電漿的色散關係。(摘錄自參考文獻[5])

圖7 利用較高的介電係數產生金屬表面電漿的示意圖。(摘錄自參考文獻[5])

奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

主題文章

5

果會滿足造成金屬表面電漿。利用

這種方式對於奈米生物的感測相當

好用，如圖8所示，隨著通道內的

物質改變，表面電漿振盪波長會出

現偏移，造成偵測端光譜波長的改

變。

隨著奈米科技的發展迅速，製

作金屬奈米粒子有快速進展，對於

研究金屬奈米粒子的表面電漿效

應是很有助益的。以下是利用有限

差分時域法(finite-difference time-

domain method)模擬金屬奈米粒子

排列與表面電漿共振的關係[6]，圖

9所示為利用波長650nm的TM模式

平面波入射於半徑60nm，兩個相

距10nm的金屬奈米柱子，從圖中

可看出中間部份共振的強度最大，

然而隨著一邊金屬奈米柱半徑的縮

小，可看出中間部份共振強度也逐

漸縮小，如圖10所示。不同的金屬

奈米粒子排列也會產生不同的表面

電漿共振，這是很奇特的現象

實驗構想

本實驗室有先進的電子束曝光

系統，可在玻璃基板上劃出幾十奈

米的圖案，經由顯影、鍍金、去光

阻，作出想要的奈米金屬粒子點陣

並測量此一結構的表面電漿特性，

接著可針對奈米金屬粒子點陣的不

同排列方式、尺寸大小、或不同的

導體材料測量表面電漿特性的差

別。另一方面，經由本實驗室半導

體機台設備的支援下，正在進行光

波導的製程，利用較高折射率的氮

化矽當作導光層，空氣與二氧化矽

分別為較低折射率的覆蓋層及基

板，氮化矽與二氧化矽的厚度分別

為1µm及1.5µm，估計在此結構

下傳導的波長為633nm。並且利用

光波導的製程結果設計一個Y波導

結構，用此結構應用在奈米生物的

偵測以及光子元件上。一般Y波導

結構中，兩個輸出端的強度約是輸

圖8 表面電漿原理利用於奈米偵測的示意圖。(摘錄自參考文獻[7])

圖10 以TM模式平面波入射具有不同半徑金屬奈米柱產生表面電漿共振分布圖。(摘錄自參考文獻[6])

圖9 以TM模式平面波入射金屬奈米柱產生表面電漿共振強度分布圖。(摘錄自參考文獻[6])

NO.26

2007.07 十四卷

入端的一半，但如果在Y波導結講

的一端製作一個經由模擬出來的結

講，使其與Y波導的傳導波長偶合

的話，此輸出端的光波強度或許

會有改變。最後可結合奈米金屬粒

子與Y波導結構的應用，將光源打

入奈米金屬粒子點陣的一端，表面

電漿波會在點陣的另一端傳至波導

內，如此可用來當作一個偵測器或

是一個元件，如圖11所示，對積體

光學元件的研究付出一份心力。

結論

有許多團隊已分別成功地作出

奈米線的光傳導或是波導元件應用

於奈米生物的偵測上，但尚未將此

兩者整合於同一基板上以及應用於

光子元件上，我們的目的就如上所

述將兩者合為一體外，如果將Y波

導結構改成分光器結構，相信應用

的程面會更廣。

參考文獻

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[6] 吳民耀 劉威志，物理雙月刊2期28卷，486(2006)。

[7] Vladimir M. Shalaev, Sergey I. Bozhevolnyi, Photonics Spectra，66(2006).

圖11 利用近場光學建立的積體光學元件示意圖。

中文摘要

本研究報告雙極的 M O S (metal-oxide-semiconductor) 結構增益型光偵測器的光響應情形，

同時對此一元件的光電轉換機制

作進一步的探討。在逆偏壓下，

300-700 nm波段的光都可觀察到有響應電流，最高光電轉換效率

可達200%，其可解釋為此奈米量子點光偵測器操作在逆偏壓時，

由於矽基底形成反轉層，且其上

之奈米結構膜會捕獲正電荷而增

強載子由反轉層注入到上電極，

此效應如同電晶體中載子由射極

注入到集極。最終形成奈米膜中

產生之光激電流被放大之效應。

關鍵字

矽(鍺)奈米微晶，奈米孔洞二氧化矽，藍光-可見光偵測器。

英文摘要

The work reported a two-terminal metal-oxide-semiconductor photodetector for which light is absorbed in a capping layer of silicon nanocrystals embedded in a mesoporous silica matrix on p-type

silicon substrates. Operated at reverse bias, enhanced photoresponse from 300 to 700 nm was observed. The highest optoelectronic conversion efficiency is as high as 200%. The enhancements were explained by a transistorlike mechanism, in which the inversion layer acts as the emitter and trapped positive charges in the mesoporous dielectric layer assist carrier injection from the inversion layer to the contact, such that the primary photocurrent could be amplified.Keyword Si (Ge) nanocrystal ,mesoporous silica,ultraviolet-visible photodetecto

計畫的緣由與目的

光偵測器1目前已廣泛地被應

用，在生物醫學2至光儲存3等方面

都有所貢獻。雖然矽材料在晶片的

製作等領域非常成功，但由於其能

隙型態為1.1eV大小的間接能隙，

至今無法在光電轉換的領域上有元

件程度的應用。在奈米尺度下，矽

材料的電子能階和其粒子大小的相

關性使其極有可能成為下個世代的

光電元件4。特別值得注意的，現

今有兩種矽製作的材料在紅外至

紫外光的光波段被證實有較強的

光響應：(1)埋藏至二氧化矽內的矽

奈米粒子結構(矽奈米粒子大小為

１~2nm)5(2)奈米孔洞二氧化矽6-7。

光偵測器元件的光響應放大效

應也是值得討論的課題，即使起始

量測到的光電流不大，藉由此效

應卻可得到可觀的光電流響應8。

已知這類型的元件有：雪崩型光偵

測器9(avalanche photodiodes)、 光

電晶體( phototransistors)10 、光金屬

氧化層半導體場效電晶體11( photo-

metal -oxide semiconductor field-

effect transistors) 等等。

本研究報告雙極的 MOS結構增

益型光偵測器的光響應情形，此結構

是利用埋藏矽奈米微晶的奈米孔洞二

氧化矽層作為包覆層。此元件電流放

大機制類似於傳統的光電晶體：載子

由射極(即元件反轉層)注入到集極。

而殘留於MS層中的電洞進一步吸引

電子由反轉層注入至氧化銦錫電極，

因而造成光激電流被放大之效應。

研究方法及成果

元件結構如圖1所示：先在p-型

矽基板上形成220-nm厚的奈米規則孔

埋藏於氧化層的矽奈米微晶增益光偵測器謝嘉民1、李卓奕2

國家奈米元件實驗室1、國立交通大學光電工程研究所2

奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

主題文章

7

洞二氧化矽薄膜作為矽奈米粒子沉積

的模板，再利用電漿沉積技術成長矽

奈米微晶12。將此元件之奈米孔洞二

氧化矽層結構部份以穿透式電子顯微

鏡(TEM)分析，所得影像如圖一的嵌

入圖片。可看到明顯的晶格像(lattice

fringes)，表示此矽奈米粒子具有高的

結晶品質，矽結晶尺寸約為2~5 nm，

其密度可達2.5×1018 cm3。

最後，於奈米孔洞二氧化矽層

上沉積一氧化銦錫(indium tin oxide,

ITO)層，且隨後分別於P型矽基板與

氧化銦錫層的表面上設置一電性連

接點，以完成一金氧半結構的紫外

光偵測器，如圖1所示。完成的元

件面積大小為2x2.5 mm2。

圖1的下半部為此一元件光激

螢光強度( photoluminescence ) 對

波長的圖形。埋藏矽奈米微晶的奈

米規則孔洞二氧化矽薄膜在2.7 eV

(=460 nm) 能量位置有一相當寬的

峰值。同樣的，不論是埋藏有鍺奈

米微晶或是單純只有奈米規則孔洞

二氧化矽薄膜的元件都有類似的光

激發輻射圖形12，但強度遠不如前

者。其意謂光激發輻射不是與埋藏

量子點之量子侷限效應有關。我們

認為所觀測到的光激發藍光乃是奈

米規則孔洞二氧化矽薄膜中中性的

氧缺乏缺陷(≡Si–Si≡)13之表面能階

作用造成的。

埋藏於奈米規則孔洞二氧化矽

薄膜的半導體奈米微晶在照光時產生

光激載子，這些載子被晶體表面的氧

缺陷所捕捉，電子電洞對重新結合後

發出高強度、波長為460nm的光激發

輻射。另外在550–575 nm 波段中發現

有另一強度較低的峰值，推測是由於

具雙氧鍵結量子點之量子侷限效應所

關聯能帶躍遷所造成14。

圖2是元件在不同光照條件下

的電流電壓特性曲線。整流比在

±3 V約87。元件在低正偏壓(0 至

-0.9 V)範圍內的I-V特性相當符合參

考資料15提出的方程式。圖2顯示比

對方程式得到元件模型可由電阻約

75KΩ與二極體(具ideality factor 2.1)

串聯所描述。在更高電偏壓範圍，

其光電流大小正比於V1.77，這表示

空間電荷侷限電流主導此 IV特性16。在正偏壓(0至-6V )的部分，420

及632 nm波段、強度 1 mW 的光僅

造成微弱的電流響應。

在元件施加逆偏壓電壓後，我

們觀察到完全不同的電壓電流特

性。在300–700nm 波段的光照條件

(在此只列出幾個特定波長的光照

條件)及1.5 V的偏壓下，原本和暗電

流大小幾乎相同的光響應電流急劇

上升。在未達飽和電流 (IS)的情形

下，光電流的大小和增加的電壓呈

線性的關係。我們也注意到隨著固

定波長入射光強度的增加，飽和電

流的大小也隨之增加。在同樣的光

強度下，長波長的入射光有較大的

光響應 (如圖2嵌入圖) 。

NO.28

2007.07 十四卷

圖1 埋藏矽或鍺奈米微晶的奈米孔洞二氧化矽層光激螢光圖形及元件結構圖。嵌入圖為元件截面的穿透式電子顯微鏡影像圖，可見到高密度矽奈米微晶。

圖2 元件再不同光照條件下的電壓電流特性曲線。嵌入圖中的光響應電流已扣除暗電流大小。

圖3整理出各個波長對應的光

響應強度，針對結構為 ITO/nc-Si

embedded MS/ p-Si元件A分別量測

在+5V及-5V的的光響應強度，另

外對沒有 nc-Si embedded MS 層的

元件B(結構為ITO / p-Si MOS)在+5V

偏壓下量測作為比較。所有在圖

上標示出的值都已扣除相對應之

暗電流大小。元件B的響應強度在

300~700nm的範圍內是乎線性增加

3倍。元件A在順或逆偏壓的光響應

強度，除了出現在425nm和580nm

的兩個峰值以外，圖形幾乎一致。

可以明顯的看出，在逆偏壓的條件

下於此兩波段量測到的響應值分別

高達0.4 及0.9 A/W ，較順偏壓時的

響應值高出4-5倍。

為了方便起見，在圖3標了兩

條線，分別代表100% and 200%,的

量子效率。元件A在375–475nm和

500–650 nm兩波段範圍內量測到超

過100%甚至是高達 200% 的轉換效

率。可知在元件上加逆偏壓時必有

放大響應的機制存在。此外在圖2嵌

入圖的I-V特性曲線中可發現：外加

偏壓由正轉逆時，電流放大倍率和

光強度無關(暗電流強度已先扣除)。

極低的暗電流、極高的動態電阻

(1.3MΩ) 及光響應率使此元件具有高

達(1–2)x1012 cm Hz0.5W-1之偵檢率17。

如圖4，此元件的響應時間約為

10ns ，其假設由同類型材料之非輻射

生命週期2.5 奈秒所侷限18，此反應時

間較光導型光偵測器快上許多5,8，因

此我們排除了此元件是以光導放大機

制為主的可能性5,8,19。

從上述的各種實

驗證據，我們推論出

以下的機制來解釋為

何偵測器的轉換效率

可以大於 1 0 0 %。參

考圖5，如同一M O S

電容結構 : 在未照光

時，由於元件在逆向

偏壓下感受到一能量

阻障，大量的電子累

積在矽基材/奈米孔洞二氧化矽介

面，形成一n型的反轉層。故暗電

流極低，表現出二極體的特性。在

照光後，若入射光子的能量符合表

面能階之電洞基態 (Eh0)至電子基態

(Ee0)或是電洞基態(Eh

0)至電子受激

態 (Ee*)間的能差14，則在光照的情

形下，受激至電子基態 (Ee0)或電子

受激態 (Ee*) 的電子會穿遂至氧化銦

錫端電極，而電洞則會被Si-O表面

能階所捕捉。這些殘留於奈米規則

孔洞二氧化矽薄膜的電洞20將進一

步吸引電子穿過奈米規則孔洞二氧

圖5 元件在逆偏壓下的能帶圖:圖中的 lp and linv分別代表光激電流和注入電流。

奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

主題文章

9

圖4 在不同波長光照條件下的反應速度測試。圖3 元件對不同波段光的響應頻譜。

化矽薄膜到達氧化銦錫層。因此，

最後所量得的光電響應電流來源可

分為兩個部分，也就是光激電子及

再注入的電子。這種電流放大的機

制類似傳統的光電晶體10。此外在

425及580nm兩波段得到的光電響

應峰值可解釋為此矽氧奈米結構物

之前述兩共振能能帶結構4,14,20。

若閘極外加電壓由正轉負，則

受激電子向矽基板方向移動。不同

的是，電子在移動過程中會和矽基

板表面累積的電洞複合，故載子的

傳輸大為減少。同時在此偏壓下，

光激電洞向氧化銦錫層方向移動，

但因大量的光激電洞被Si-O表面能

階所捕捉，所以量測到的光響應電

流和暗電流相去不遠。

結論

本研究計畫製作了 I TO / n c -

Siembedded MS/ p-Si結構的增強型

光偵測器，其響應範圍為紫外至可

見光波段。也對光電響應的放大

機制作出解釋：逆偏壓時累積在矽

基材/奈米孔洞二氧化矽介面的電

子，經由高密度之量子點穿遂至正

極，而缺陷捕捉的光激電洞進一步

造成電子的移動，造成光電流響應

的放大。

參考文獻

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NO.210

2007.07 十四卷

摘要

本文介紹奈米二氧化鈦應用

於染料敏化太陽能電池之研究，

並說明奈米金粒子鑲埋於二氧化

鈦應用於染料敏化太陽能電池之

提升光電流轉換效率之機制。藉

由0.1mM 四氯金酸溶液加入不同濃度的還原劑檸檬酸鈉0.0969 M、0.290 M與0.581 M，由穿透式電子顯微鏡可分別觀察得到

12nm、20nm與28nm之奈米金粒子。利用不同顆粒大小之奈米金

粒子鑲埋於奈米級二氧化鈦上作

為染敏太陽能電池之工作電極，

比較其光電流轉換效率。由光電

量測結果得知，利用鑲埋方式製

作出的染敏太陽能電池確實具有

較高的光電流轉換效率。

關鍵字

奈米金粒子，染料敏化太陽

能電池，光電流轉換效率

前言

隨著工業文明的迅速發展，所

引發的能源危機和環境污染成為目

前亟需解決的問題。因此，近幾年

太陽電池發展相當迅速，以矽半導

體為主的高效能太陽電池已能夠生

產和應用，且價格也降到早期的十

分之一。但在使用上及原材料之成

本還是太高，其全面的普及性仍是

一個很大的問題。

近幾年，有相當多的研究機構

對於如何降低太陽能電池的生產

成本，並且用相關經驗、數值分析

和理論預測模式，研究高效率光

電池之性質。在二十世紀90年代，

Gratzel教授等人提出的染料敏化太

陽能電池(dye sensitized solar cell，

DSSC) [1-2]以其原料簡單等特點引起

人們極大的重視。在目前研究報告

中，其光電轉換效率已達到10％以

上[3]。染料敏化太陽能電池的研究

逐漸成為太陽能電池研究的焦點，

但由於液態電解質染料敏化太陽能

電池長期使用時存在電解質洩漏，

與染料極為昂貴與取得不易的等問

題，一再影響此能源裝置的商品市

售進展。因此，發展包括液態電解

質型、固態 [4]或凝固態型電解質 [5]

以及使用軟性塑膠(plastic)導電基板

和可繞式(flexibility)基板等結構[6]，

以成為目前染敏化太陽能電池之主

要研究方向之一。

染料敏化太陽能電池之組

成結構

染料敏化太陽能電池的組成結

構如圖1所示[2]，主要可分為幾個部

份，分別是：

電極(transparent conductive oxide)：

作為傳導電子至外部電路之

電極，一般常見的透明導電極

為ITO(indium-doped tin oxide)、

FTO(fluorine-doped tin oxide)兩種。

為了能夠使入射光能有效地讓TiO2

工作電極與染料激發出電子電洞

對，透明導電極必須具有良好的穿

透率。此外，在製作過程中，TiO2

工作電極必須經由450℃烘烤以去

除有機物，為避免傳輸電子因導電

度不佳產生損失，透明電極必須需

在高溫下維持其高導電度或低電阻

值(~10Ω)。

工作電極：

為具有光催化的效果之半導體

材料。該半導體本身可受光激發

電子電洞對之外，並作為染料激

發後電子之傳輸電極。常見的材

奈米金粒子鑲埋之染敏太陽能電池之光電轉換效率楊茹媛1、莊明戰2、翁敏航3、高宗達2、戴寶通3

屏東科技大學材料工程系1、高雄第一科技大學光電所2、國家奈米元件實驗室3

奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

主題文章

11

料有TiO2、ZnO、SrTiO3、WO3以及

CdS等。在這麼多種光催化半導體

材料中，由於銳鈦礦TiO2(anatase)

具有較高之光催化活性、化學性質

穩定、廉價易取得以及無毒害等優

點，是當前最有應用潛力的光催化

材料。

染料光敏化劑：

由於工作電極之半導體材料的

能隙(energy gap)限制，並不能吸

收全部的可見光波長，以銳鈦礦

TiO2為例，其能隙為Eg =3.2eV，吸

收388nm以下之電磁波長為。然而

紫外光在太陽光中含量僅有6%而

已，所以染料光敏化層係用以彌補

TiO2無法吸收的光譜。製作上，染

料必須具有能夠與工作電極緊密結

合，並可吸收大部分的可見光範

圍，目前以釕錯合物製備的染料具

有較佳之吸收效率。

電解值溶液：

電解質的作用主要是在於氧化

還原反應，含碘離子的液態電解質

(I-/I3-)在DSSC中最常被使用。各式

相關電解質的研究也陸陸續續被加

以討論，如固態電解質以及凝固態

電解質。

催化用之反電極：

一般而言仍以鉑(Pt)電極的應

用較廣，因其對傳統碘離子(I-/I3-)

的氧化還原有較佳的催化特性。其

它還有以碳(C)作為電極以降低成本

的研究，但其氧化還原效果依然不

佳，比較不被重視。

整個染料敏化太陽能電池之製

作說明如下：在透明電極上塗佈一

層奈米銳鈦礦TiO2薄膜，再以浸泡

的方式讓TiO2吸附一層(monolayer)

的電荷轉移染料，而TiO 2薄膜上

的孔隙則被一含有氧化還原對

(redox couple)的電解質所填滿。這

系統被兩個透明的導電玻璃夾在

(sandwiched)中間，其中一個覆蓋

有薄的鉑(Pt)層或碳(C)層作為氧化

還原反應的催化劑之反電極。它是

在90年代才被深入研究的新穎的太

陽能電池，因它具備了比其他太陽

能電池有利的特性，例如低成本，

高發電效率的潛力再加上其透明性

可與建築物的外牆、窗材結合，使

建築物能自行發電，可互補於傳統

的矽太陽能電池發電，成為本世紀

新能源技術極欲發產的產品。

於染敏太陽能電池應用上，除

了以二氧化鈦作為工作電極之外，

也有人研究以複合半導體材料作為

工作電極 [7-8]。藉由結合兩種不同

半體導材料以提高電子電洞對的分

離。例如: 當ZnO/CdS 電極受光照

射後電子累積在ZnO層，電洞傳輸

至CdS，電子快速的引導至外部電

極，可有效的減少其電子電洞對複

合機率。

染料敏化太陽能電池之工

作原理

染料敏化太陽能電池的工作原

理說明如下：吸附在TiO2 上的染料

分子吸收光子能量能後，其電子由

基態(S)躍遷到激發態(S*)，但激發

態不穩定，故電子快速注入到緊鄰

的TiO2導帶，染料中失去的電子則

很快從電解質中得到補償。而進入

TiO2導帶中的電子則進入導電膜，

然後通過外部迴路產生光電流。染

料自身雖被氧化，最後會被反電極

上的電子還原，而形成循環。整個

化學反應表示式如下：

(1) 照光後，染料分子吸收光子

能，由基態轉變為激發態dye(S)

+ light → dye*(S *)

(2) 激發態的電子注入半導體導

帶中，而染料分子自身被氧

化dye*(S *) + TiO → e- (TiO ) +

oxidized dye(S +)

(3) 氧化態S +與還原劑反應，變回

基態，還原劑則被氧化oxidized

dye(S +) + 3/2 I - (A- )→dye (S) +

1/2 I 3- (A)

(4) 被氧化的還原劑又被反電極圖1 染料敏化太陽能電池之結構圖[2]。

NO.212

2007.07 十四卷

上的電子再次還原1/2 I 3- (A) +

e-(counter electrode) → 3/2 I - (A- )

染敏太陽能電池受光激發後的

電子與電洞要能夠有效的分離。受

光激發後的電子傳輸到二氧化鈦材

料，而電洞則進入電洞傳輸層(一

般可分為液態、凝固態或固態電解

液)。假如電子電洞產生過程太慢

將導致電子電洞對複合，降低其光

電效率。因此為了有更好的電子傳

輸效率，TiO2\染料\電解質等三種

材料的電子能階必須正確的選擇，

除了防止在傳輸過程中造成能量的

損失，並使染料敏化太陽能電池達

到更大的開路電壓。

參考圖2，未照光之染敏太陽

能電池沒有電流，亦即 TiO2\染料\

電解質介面之間並不存在電位差，

故其費米能階 (Fermai level，EF) 可

視為一自由電子混成的平衡狀態。

當染敏太陽能電池照光後，由於染

料吸收光波產生激發之光電子與電

洞的分離，同時造成電位差。此

電位差即為TiO2之導帶(conductor

band，CB) 與染料之LUMO(Lowest

unoccupied molecular orbital)混成能

階(EF,n)，相對染料之HOMO(Highest

occupied molecular orbital)與電解質

氧化還原電位(I-/I3-之ERedox)的混成

能階 (EF,p)之電位差(ΔV)，而此電位

差的最大值即為光電壓的最大值。

由此可知染料的HOMO與LUMO能

階與電荷的分離有直接的關聯，染

料的LUMO能階應靠近二氧化鈦的

導帶且其HOMO能階應靠近能階應

靠近二氧化鈦的價帶。

由於奈米金屬(如金、銀、鉑)

與塊材(bulk)的不同，有其獨特的

光學特性[9]，尤其是奈米金屬材料

沉積在半導體材料上，如將它分散

至奈米級的顆粒可以大幅地改進它

的催化效率[10-11]。最近研究指出金

屬或金屬離子鑲埋在複合半導體中

[12-16]，會使其費米能階偏移(shift)產

生更負的電位。此費米能階的偏移

使得平衡後的費米能階更靠近半導

體之導帶，使電子經由奈米金屬

粒子快速的傳輸，減低其複合的機

率。利用此原理，本研究以奈米金

粒子(nano gold)鑲埋於二氧化鈦上

作為於染料敏化太陽能電池之工作

電極，預期將大幅提高其光電流轉

換效率與最大光電壓值。

奈米金粒子鑲埋之染料敏

化太陽能電池

實驗方法

奈米金粒子的合成

在本實驗中，奈米金粒子係以

化學直接還原法合成。將四氯金酸

(HAuCl4)溶液中的金離子藉由以檸

檬酸鈉(C6H5O7Na3)為還原劑[17]，將

金離子還原成奈米金粒。實驗步驟

如下：

(1) 將四氯金酸溶於去離子水中，配

置0.1mM 四氯金酸溶液

(2) 將檸檬酸鈉溶於去離子水中，分

別配置0.0969 M、0.290 M與0.581

M 檸檬酸鈉溶液

(3) 將配製好的檸檬酸鈉溶液，分別

加入加熱至100℃四氯金酸溶液

中，持續加熱30分鐘，加熱時以

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主題文章

13

圖2 照光前後染敏太陽能電池能階示意圖。 圖3 鑲埋奈米金粒子之染料敏化太陽能電池。

圖4 以0.1mM 四氯金酸溶液加入不同濃度的還原劑檸檬酸鈉(A)0.0969 M(B)0.290 M (C)0.581 M。

圖5 不同奈米金粒子顆粒大小為(A)12nm(B)20nm之吸收光譜。 圖6 為CuPc (Copper phthalocyanine)分子結構式。

轉子攪拌，並觀察其顏色變化。

(4) 最後將溶液置於室溫下冷卻。

完成後所得奈米金粒子結果使

用高解析度穿透式電子顯微鏡 (HR-

TEM，model:H-7000, Hitachi) 及UV-

VIS光譜儀 (Hitachi U3310)觀測。圖

4為TEM所測得金奈米粒子大小，

其中(A)(B)(C)依序為0.0969 M、0.290

M、0 .581 M 檸檬酸鈉溶液還原

0.1mM 四氯金酸溶液之結果。可得

知不同濃度之檸檬酸鈉溶液，可還

原出不同大小顆粒之奈米金粒子。

隨著檸檬酸鈉溶液的濃度增加，奈

米金粒子的顆粒越大，其大小依序

為12nm，20nm，28nm。

圖5為UV-VIS光譜儀所測得金

奈米粒子的吸收光譜圖。由於奈米

金粒子半徑遠小於入射光的波長(r

＜λ)，導帶電子的移動空間也相

對受到限制，造成能帶的不連續現

象，使得奈米金粒子吸收某一特

定波長之光子能量，稱為表面電

漿共振(surface plasma resonace，

SPR)。圖中顯示最大吸收峰值約在

526nm，隨著奈米金粒子顆粒的變

小時，最高電子占據分子軌道與最

低電子未占據分子軌道的能階差

隨之變寬，此即為「量子尺寸效

應」。因此，因能階差變大使激發

光譜與發光光譜趨向短波長而產生

藍移(blue shift)現象。

染敏太陽能電池之製作

本研究使用材料為商業用二

氧化鈦P25 (70%銳鈦礦相，30%

金紅石相)作為工作電極，以CuPc

(Copper phthalocyanine，圖6為分

子結構式)作為光敏化層，使用電

解質錪離子/碘錯離子(I-/I3-)作為電

洞傳輸層，玻璃基板上鍍上一層

ITO作為透明導電玻璃。

(1) 在玻璃基板上鍍上透明導電基

板ITO，膜厚約為100nm。

(2) 配置二氧化鈦膠體，取0.2克二

氧化鈦粉末溶於0.4ml去離子水

之後加入0.2ml界面活性劑Triton

NO.214

2007.07 十四卷

(A) (B) (C)

X-100，以玻璃棒持續攪拌十分

鐘，等充份混合之後以刮刀法

塗抹於鍍有ITO之玻璃基板上，

量測膜厚約為10um。

(3) 二氧化鈦膠體置入高溫爐中以

450℃加熱30分鐘，使有機物燒

除。

(4) 染料CuPc以乙醇作為溶劑，將

製作好的二氧化鈦工作電極，

浸泡在染料溶液中24小時。

(5) 反電極的製備：將白金Pt電極以

蒸鍍的方式鍍上含有ITO之玻璃

基板，膜厚約為50nm。

(6) 最後將上下電極以3M膠帶當作

間隙層(spacer)厚度約為30um，

充入電解質錪離子 /碘錯離子

(I-/I3-)，以膠體將其封合，製作

出染敏太陽能電池。

鑲埋奈米金屬粒子

本實驗以兩種不同的方式鑲埋

奈米金屬粒子，嘗試以最佳的鑲埋

方式提高最大的光電壓，理論上奈

米金屬粒子所扮演的角色為染料與

二氧化鈦的中間傳輸媒介，為了達

到最大的轉換效率與最大光電壓，

實驗中以浸泡法與直接合成法作為

比較。

(1) 浸泡法：當使用刮刀法成膜於

玻璃上之二氧化鈦，在浸泡染

料之前先浸泡於0.1mM之奈米

金溶液中24小時，使奈米金屬

粒子沉積於二氧化鈦表面上，

作為二氧化鈦/奈米金粒子/染料

/電解質之結構。

(2) 直接合成法：當配置二氧化鈦

時所加入之去離子水，改以加

入0.4ml奈米金溶液作為溶劑，

其餘步驟與前面敘述相同。此

鑲埋方式使的二氧化鈦與奈米

金屬粒子，形成一複合材料，

如圖3所示。

結果與討論

以鑲埋奈米金粒子之染料敏化太陽

能電池，探討其光特性。使用掃

描型電子顯微鏡 (Scaning Electron

M i c ro s c o p e S E M )與能量光譜儀

(Energy Dispersive Spectrometer，

EDS)觀察量測奈米金屬粒子含量，

其結果如圖7所示。將10微米厚度

之二氧化鈦，浸泡於奈米金屬溶液

中24小時，由SEM觀察發現二氧化

鈦以多孔性的結構沉積於導電基板

上，且奈米金含量為0.63wt%，表

示僅有少部分奈米金粒子吸附於表

面，因此如果以浸泡方式鑲埋所需

的時間必須更長。

實驗所做之染料

敏化太陽能電池，面

積大小為1cm x 1cm，

光源使用AM1.5 標準光

源 (1000W/m2)。實驗

使用較為便宜的染料

Cu Pc作為光敏化層，

由UV-VIS光譜儀得知其

吸收峰值大約在380、

647nm。與目前效率最高的釕錯合

物black dye比較，其吸收光的範圍

含蓋了可見光且可達近紅外光區

(900nm)，單一質子化的Black Dye在

610nm、413nm 有最大的吸收峰。

在拉曼振動光譜的研究中也指出，

單一質子化的Black Dye ((RuL'(NCS)3

Complex))與二氧化鈦的表面鍵結是

由Bidentate Chelate 或 Bridging 的形

式與二氧化鈦配位鍵結，其差別在

於Black Dye是以一個COO¯與TBA+和

二氧化鈦產生配位鍵結[18]，而CuPc

相對之下並無任何配位鍵結，故效

率明顯降低很多。

為了證實鑲埋奈米金粒子可

以提高其轉換效率與提高其光電

壓，我們以一標準染敏太陽能電

池與鑲埋過奈米金屬粒子之工作

電極作為比較。由表1與圖8可得

知，傳統未鑲埋奈米金粒子之染

料敏化太陽能電池之光電轉換效

率IPCE(incident photo-to-electricity

conversion efficiency)在波長511nm

圖7 能量光譜儀(Energy Dispersive Spectrometer，EDS)測量奈米金粒子含量。

奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

主題文章

15

時為0.61%，且具有0.0107%效率，

而浸泡奈米金粒子之染料敏化太

陽能電池之IPCE在波長511nm時為

1.21%，效率提高至0.0134%，最大

電壓也明顯提升。實驗結果與當初

假設相同，當鑲埋奈米金屬粒子

於二氧化鈦薄膜中，使平衡後之

費米能階更接近導帶提高光電流與

電壓。該現象可藉由圖9之電荷傳

輸行為來解釋。當高能階的染料

CuPc(ı1.1 V vs NHE , normal hydrogen

e l e c t ro d e )受

光照射後產生

電子電洞對，

電子快速的注

入奈米金粒子

中(EF=0.5 V vs

NHE)。持續受

光照射，電荷

在二氧化鈦與

奈米金粒子之

間來回穿梭，

累積電荷於奈

米金粒子中，

使得奈米金之費米能階往負電位漂

移直到靠近二氧化鈦的導帶[15、19]。

最後電子經由ITO透明電極傳導至

外部電路，而染料激發後損失的電

子則靠電解質氧化還原反應補充。

為了使奈米金屬粒子充分發揮

其提高電子傳輸行為，實驗設計比

較使用浸泡法與直接合成法所得之

工作電極之染敏太陽能電池之光電

轉換效率，其結果如表1所示。浸

泡方式所得之注入因子FF(fill factor)

明顯比混合式來的高，而混合式之

短路電流與IPCE即開路電壓比浸泡

式來的優異，IPCE於波長511nm時

由1.889%提高至2.32%。這是由於

混合式二氧化鈦與奈米金屬粒子緊

密結合，激發後的電子較易透過奈

米金屬粒子為作為電荷傳輸媒介，

使電子傳輸速率加快。而浸泡式製

作之染敏太陽能電池，奈米金粒

子只存留於二氧化鈦表面，故較多

電子電洞再結合而產生損失。由表

一可得知，浸泡二氧化鈦於奈米金

屬粒子製作之染敏太陽能電池具有

0.52% 效率，而混合二氧化鈦與奈

米金屬粒子之染敏太陽能電池效率

提高至0.0719%，最大電壓也明顯

提升。目前實驗所製作出的染料敏

化太陽能電池，效率偏低，應是所

用之染料CuPc造成，如改使用釕錯

合物所構成的染料，應可得到較佳

效率。

結論

在本文中，我們介紹了利用染

圖9 染敏太陽能電池結構為ITO/TiO2/Au/CuPc/electrolyte 之能階示意圖。

表1 四種製作方式之染敏太陽能電池比較表。

圖8 (A)為一般染料敏化太陽能電池二氧化鈦吸附染料24小時(B)為二氧化鈦浸泡奈米金溶液24小時後再浸泡CuPc染料24小時(C)為二氧化鈦浸泡奈米金溶液24小時(D)為使用直接合成法鑲埋奈米金屬粒子於二氧化鈦中。

Voc(V) Isc(mA) FF IPCE(%) η(%)

二氧化鈦+CuPc染料 0.2647 0.0343 0.2947 0.61 0.0107

二氧化鈦+浸泡奈米金+CuPc染料

0.2632 0.0433 0.2941 1.21 0.0134

二氧化鈦浸泡奈米金溶液

0.4413 0.0674 0.4367 1.889 0.0520

二氧化鈦混合奈米金溶液

0.5352 0.0825 0.4067 2.32 0.0719

NO.216

2007.07 十四卷

敏太陽能電池之基本組成架構。並

針對光電轉換效率之提升，提出了

以奈米金粒子鑲埋於奈米二氧化鈦

之方法。初步的實驗結果證實，奈

米金粒子鑲埋於奈米二氧化鈦確實

有助於光電流轉換效率的提高，又

以奈米金粒子與奈米二氧化鈦混合

的方式具有較高之光電流與轉換效

率。本文中，亦針對奈米金粒子鑲

埋於奈米二氧化鈦之電子傳輸機制

作討論，鑲埋後奈米金粒子之染敏

太陽能電池，受光照射後讓二氧化

鈦導帶之能階往更負的電位漂移，

使其更靠近染料之激發態能階。藉

由該方式，染料受光激發後的電子

更容易傳導至工作電極，避免電子

電洞再結合，有助於光電流轉換效

率的提高。

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奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

主題文章

17

摘要

本研究之目的在發展應力補

償之多層量子井單一接面太陽能

電池。壓縮應力的砷化鎵銦晶格

匹配於舒張應力的砷化鎵氮，可

解決晶格不匹配的限制。此砷化

鎵銦/砷化鎵氮應力補償多層量子井太陽能電池，晶格匹配在砷

化鎵基板上，可延長其長波長區

域的吸收，將可成為未來多層接

面太陽能電池中的明日之星。我

們發現此砷化鎵銦/砷化鎵氮應力補償多層量子井太陽能電池，在

AM 1.5G的太陽模擬器照光下，短路電流密度可達到20.87 mA/cm2，此短路電流密度高於氮化

銦鎵砷材料。實驗數據證實，此

結構設計可做為未來四層接面太

陽能電池中的第三層，用來吸收

近紅外光區域的太陽光。

關鍵字

應力補償、氮化銦鎵砷、量

子井、太陽能電池

前言

高效率雙接面 ( tandem)磷化

銦鎵/砷化鎵(GaInP/GaAs)太陽能電

池，已經被研發運用在高效率聚

光型(concentration)太陽能系統與

外太空中的能量來源【1-2】。然而，

高效率三接面(triple-junction)磷化

銦鎵/砷化鎵/鍺(GaInP/GaAs/Ge)

太陽能電池已可取代一般雙接面

太陽能電池【3-4】。額外增加一個

接面( junction)可以用來增加太陽

電池效率。近年來，四元化合物

(quaternary)氮化銦鎵砷(InGaNAs)材

料，由於它具有潛力運用在光電元

件上，而被投入大量的研究。此四

元化合物氮化銦鎵砷材料，也是下

一代多接面太陽能電池運用中的

理想選擇。氮化銦鎵砷材料適當

的選擇銦(In)與氮(N)的比例(銦含量

為氮的3倍時)，其晶格常數(lattice

constant)可匹配在砷化鎵基板上，

且能隙可調整介於1.0eV~1.4eV之

間。近年來，利用氮化銦鎵砷材

料當吸收層，於太陽能電池上的

運用已被研究證實【5-8】，其能隙

可達約1.0eV低，結構組成為四個

接面的磷化銦鎵/砷化鎵/氮化銦鎵

砷/鍺(GaInP/GaAs/GaInNAs/Ge)。但

是，氮化銦鎵砷材料的電子特性較

差，導致效率無法進一步的提升

【8-11】。電子移動率(mobility)低與少

數載子生命期(lifetime)短，這些都

是導致少數載子擴散長度(diffusion

lengths)短的原因。使得，此材料

運用於多接面太陽能電池時，受到

限制。

另一個結構設計概念-應力補

償(strain-compensated)技術-已被提

出來用來解決這個缺點，並且可以

解決晶格不匹配(lattice-mismatch)

的問題【12-13】。其中，利用應力平

衡(Strain-balanced)製作多層量子井

(multi-quantum well)太陽能電池已

經被運用在砷化鎵材料上，其功效

可延伸吸收頻譜(spectral response)【14】。在p-i-n結構中，引入多層量

子井當本質層(intrinsic layer)，在高

效率三五族半導體材料中，已被

考慮為最具有前途發展性結構之

一【15】。在量子井結構中，通常使

用砷化鎵銦(InGaAs)與砷化鎵(GaAs)

兩種材料。然而，使用砷化鎵銦

/砷化鎵量子井結構，並不能有效

的提升量子井的吸收而增加短路

電流(short-circuit current)，也不能

解決晶格不匹配所造成的開路電

利用應力補償技術成長多層量子井半導體太陽能電池蘇炎坤1、吳佩璇1、郭成聰2、洪慧芬2、許榮宗3、吳志宏2

國立成功大學光電科學與工程研究所1、核能研究所2、工業技術研究院3

NO.218

2007.07 十四卷

壓(open-circuit voltage)下降【16】。

本研究的重心就是利用有機金屬

氣相磊晶法(metal-organic chemical-

vapor deposition ，MOCVD)，成長

應力補償的多層量子井(SC-MQWs)

單接面(single junction)太陽能電

池。此壓縮應力(compressive strain)

的砷化鎵銦(InGaAs)晶格匹配於舒

張應力(tensile strain)的砷化鎵氮

(GaAsN)，可解決晶格不匹配的問

題。我們利用應力補償機制去降低

半導體能隙至1.2eV，甚至可降低

至1.0eV，這個特性將可與四元材

料氮化銦鎵砷相匹敵。此外，利用

應力補償機制也可增加臨界厚度

(critical thickness)，也就是砷化鎵

銦在晶格不匹配於砷化鎵的情況

下，銦含量可以增加。也因為銦

含量可以增加，使得吸收波段增

長，此可減少因為晶格不匹配而

產生的非輻射再結合(non-radiative

recombination)。因此，此應力補

償多層量子井的設計，展現出許多

特點可運用於下一代太陽能電池

中，這對於未來在三五族太陽能電

池發展上，將會是非常卓越的發展

應用

實驗方法與步驟

本篇研究我們利用低壓的有機

金屬氣相磊晶法，成長應力補償的

多層量子井單一接面太陽能電池，

其中包含五對的砷化鎵銦/砷化鎵

氮量子井當本質層。成長應力補償

量子井所使用的材料來源有三甲

基鎵、(trimethylgallium，TMGa)、

三甲基銦 ( t r i m e t h y l i n d i u m，

TMIn)、tertiarybutylarsine (TBAs)、

磷化氫 ( p h o s p h i n e， P H 3 ) 與

dimethylhydrazine (DMHy)。其中

DMHy是用來當氮的材料來源。N

摻雜與P摻雜濃度分別是使用二矽

乙烷(disilane，Si2H6))與二甲基鋅

(dimethylzinc，DMZn)。基板是011

成長方向的砷化鎵。在其他磊晶

層中，砷(arsine，AsH3)也被用來

使用。成長壓力為50毫帊(mbar)，

氫氣是成長載成氣體(carrier gas)。

採用的成長溫度範圍為5 3 0 - 7 0 0

度之間，磊晶成長速率變化範圍

在每秒2-15埃之間。在成長過程

當中，相對比較高的溫度會導致

一些回火 (anneal ing)現象，但是

中斷回火(postgrowth annealing)

在此實驗中並未採用。砷化鎵、

砷化鎵銦、磷化銦鎵材料的五族

對三族的五三比率 ( V/ I I I rat io)，

變化範圍從10-170之間。高解析

的X光繞射(High-resolution X-ray

di f f ract ion)、室溫的激光螢光法

(photoluminescence，PL)與穿透式

電子顯微鏡(Transmission Electron

Microscopy，TEM)，都將被利用來

判斷磊晶成長的品質與成長條件的

最佳化。

應力補償量子井太陽能電池

結構圖如圖1，其中包含接觸層

(contact layer)砷化鎵、0.03 µm磷

化銦鎵的窗口層(window layer)(其

中銦含量為 0 . 4 9 )，此窗口層是

用來減少表面結合速率 ( s u r f a c e

recombination velocity)，且晶格不

匹配程度(Δa/a)低於10-3(其中a為砷

化鎵的晶格常數)。P-i-n應力補償量

子井的結構兩邊各被0.5 µm、鋅

奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

主題文章

19

圖1 SC-MQW 太陽能電池的結構圖。

摻雜(Zn-doped)的砷化鎵與1µm、

矽摻雜 (S i - doped)的砷化鎵所包

夾。應力補償多層量子井的厚度

為0.2 µm包含五對(共11層)的砷化

鎵銦/砷化鎵氮。氮含量為0.3%，

銦含量為15%。砷化鎵銦與砷化鎵

氮的單一層厚度分別為270埃與80

埃。元件製成利用一般的曝光顯影

方式與金屬蒸鍍成長。晶片的面積

為0.25 cm2。太陽能電池的效率，

是在AM1.5G(能量100mW/cm2)照光

下量測。

實驗結果與討論

圖2顯示在AM1.5G的照光下，

SC-MQWs太陽能電池本質層厚度

為0.2µm的電流-電壓特性曲線圖

(I-V curve)。開路電壓、短路電流

與充填因子(fill factor)分別為0.43電

子伏特、20.87 mA/cm2與0.484；

對應的轉換效率(power conversion

efficiency)為4.34%。其中SC-MQWs

的短路電流值大於其他文獻發表的

氮化銦鎵砷短路電流值【7-10】。再

下一代多層接面太陽能電池當中，

使用氮化銦鎵砷為其中一個接面

時，所必須克服的問題就是電流匹

配(current-matching)。而氮化銦鎵

砷最大的困難點就是光電流密度太

小，導致整體的太陽能電池總電流

受到限制。光電流的增加，與頻譜

響應的實驗數據有關，如圖四顯

示，吸收波長延伸至長波段區域。

但是，開路電壓的下降，可能來

自於量子井中由於加入氮的關係

所導致的非輻射再結合中心增加

【17】。此外，砷化鎵銦與砷化鎵氮

的接面(interface)也扮演著很重大

的影響。多層量子井的接面，可

能會由於缺陷(defect)而產生錯排

(dislocation)，這將導致載子在行進

中被捕捉(capture)，而使光電流密

度下降。因此，SC-MQWs中的短路

電流高，可以證實量子井的接面良

好，如圖3所示。由圖3顯示，砷化

鎵銦與砷化鎵氮的接面很平滑，沒

有錯排產生。較低的填充因子值導

致整體效能便差，來自於較低的並

聯電阻(shunt resistance)與較高的串

聯電阻(series resistance)。串聯電阻

主要來自於電流流經元件材料時所

產生的電阻，特別是流經正面與背

面的金屬接觸。此串聯電阻可經

由增加接觸層的摻雜濃度(doping

concentration)而有所改善；或者

是改善電極與接觸層的歐姆接觸

(ohmic contact)。

圖3顯示五對SC-MQWs的穿透

式電子顯微鏡側視圖( TEM cross-

section)。TEM量測可用來證實磊晶

層確切的厚度，更近一步的可以

了解磊晶層之間的應力釋放(strain

relaxation)與否。從TEM顯微鏡圖中

可以發現，SC-MQWs太陽能電池

包含五層的砷化鎵氮，厚度為80

埃，兩旁分別包夾著厚度為270埃

圖2 GaAsN0.003/In0.15GaAs SC-MQWs太陽能電池I-V特性曲線圖。

圖3 GaAsN/InGaAs SC-MQWs結構，TEM側視圖。其中小圖為高解析TEM局部放大圖。

NO.220

2007.07 十四卷

的砷化鎵銦。其接觸表面非常的平

滑(smooth)，整個十一層分界都非

常的清晰可見。其中插圖為高解

析度的TEM圖，顯示第五層的SC-

MQWs。從圖中可以發現，從第一

層到第五層接面都非常的均勻與平

坦，顯示出此磊晶成長品質很好，

沒有缺陷產生。

太 陽 能 電 池 的 量 子 效 率

(quantum efficiency)曲線，如圖4所

示。在AM1.5G照光下，從圖中可

以顯示吸收邊界超過1000 nm，甚

至延伸至1060 nm。這延伸的吸收

來自於較低的半導體能隙，這就

是SC-MQWs的貢獻。在吸收波段

900-1060nm區間有較低的頻譜響

應，可能來自於本質層太過於薄，

約只有0.2µm，這將導致在本質

層中載子的產生減少。圖4中，吸

收波長小於900 nm的量子效率，

可經由本質層厚度的最佳化以及

SC-MQWs中的各別厚度來做提升改

善。為了提升長波段區域的吸收，

我們可以增加砷化鎵銦層中的銦濃

度。然而，必須要考慮到應力釋放

的臨界厚度，因為，銦含量愈多所

產生的晶格不匹配愈大，使得在磊

晶成長過程中產生缺陷錯排。應力

補償機制可以使砷化鎵銦材料在銦

含量高時也可成長厚膜，並且沒有

發生應力釋放。本篇研究為了增加

長波段區域的吸收，SC-MQWs中的

砷化鎵銦材料厚度270埃，此值非

常接近臨界厚度【18】。此外，在砷

化鎵氮材料裡摻雜少量的氮可被利

用來補償晶格匹配。因此，利用應

力補償技術成長多層量子井半導體

太陽能電池，一方面除了能平衡晶

格不匹配問題，減少磊晶所產生的

缺陷外，另一方面，可以降低半導

體能隙與增大本質層的臨界厚度。

由於四元化合物氮化銦鎵砷不能磊

晶成長厚膜，故我們所設計的SC-

MQWs太陽能電池與四元化合物氮

化銦鎵砷相較之下，SC-MQWs更具

有發展潛力。

結論

相較於多層量子井

結構，我們所提出的砷

化鎵銦/砷化鎵氮應力

補償多層量子井太陽能

電池，可以解決晶格不

匹配的問題，進而增加

光電流。在我們設計的

結構中，頻譜響應可

達到1060nm，這表示應力補償可

以解決晶格不匹配所產生的缺陷。

此外，在本研究裡，從太陽能電池

的電流電壓曲線圖中，可以明白顯

示出砷化鎵銦/砷化鎵氮應力補償

多層量子井結構擁有較高的短路電

流值，約20.87mA/cm2。這個實驗

結果可帶領下一代多層接面太陽能

電池有著另一個新的發展領域。

誌謝

作者感謝財團法人工業技術研

究院實驗室同仁在磊晶成長的協

助。作者亦感謝行政院原子能委員

會核能研究所在太陽能電池製成與

量測系統技術上的協助。

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NO.222

2007.07 十四卷

「H Y P E R L I N K " h t t p : / / w w w.

me.nctu.edu.tw/app-op/lab.php?Sn=4"

動力機械與潔淨能源研究室(PEACE

Lab)」係由國立成功大學航太工

程系鄭金祥教授於2007年3月所建

立，現有博士班3人、碩士班6人，

研究領域涵蓋能源技術、奈微米機

電製程、及光電系統三個方向。

(一)能源技術方面：

(1) 發展燃料電池流道形狀最佳化分

析器及性能量測技術：與成大、

台大、華梵、及逢甲等校傑出教

授組成燃料電池研發團隊，與加

拿大國家研究院(NRC)進行國際

合作研究，並參與共同主持國科

會補助大同公司之整合性大產

學計畫。發展出結合自建理論模

式、商用三維模擬軟體、與最佳

化搜尋法之Python界面技術，完

成500W電池堆之設計、製造、

測試、及整合控制。

(2) 研發史特靈引擎：長期與產業界

合作發展同軸自由活塞式史特

靈發電機等系統，完成10-W、

40-W、300-W原型機的設計及製

造，應用於個人發電、廢熱利

用、與熱水爐排風等。目前致力

於磁力增動型原型機的開發。

(二)奈微米機電製程方面：

(1) 從事電熱式微致動器 (e lec t ro -

thermal microactuator)、微燃料

電池(micro fuel cell)、微熱電元

件(micro TE device)等微機電裝置

之設計分析與半導體製程技術研

究，已成功製造出電熱雙層式微

致動器，並完成測試，目前進行

至最佳化設計技術的導入中。

(2) 奈米系統之分子動力學模擬：分

析極性水分子叢集，及液滴在奈

米尺度下之蒸發、凝結、及固化

之相變化過程，並探討固體水分

子氫鍵結構之形成與穩定性問

題；分析片狀石墨結構及碳簇分

子的高溫穩定性與機械及熱物理

特性；另外，亦研究奈米碳管之

機械性質及吸氫與釋氫機制。

(三)光電系統方面：

(1) 進行背光模組的光學元件如導光

板、稜鏡片與擴散片的整合設計

與製造，研究達成輕薄化、低成

本與高亮度的元件最佳化設計。

(2) OLED及TFT-LCD顯示器製程設備

的熱流問題研究：包括OLED蒸

鍍用遮罩製作技術研究，建立高

定位精度遮罩設計及變形補償方

法；TFT-LCD氟素塗佈機內部空

間設計與氣流控制、框膠塗佈機

噴嘴設計、及TCP壓著機熱壓頭

分析設計等。

詳盡資訊請參閱PEACE Lab.

網頁： HYPERLINK "http://www.iaa.

ncku.edu.tw/~cheng" http://www.iaa.

ncku.edu.tw/~cheng。

動力機械與潔淨能源研究室Power Engine and Clean Energy Laboratory (PEACE Lab.)

圖1 500W/270W燃料電池堆組裝。 圖2 40W史特靈引擎開發。

鄭金祥國立成功大學航空與太空工程學系

奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

23

奈米科技

以平衡計分卡理念建立安全衛生管理績效指標-以光電產業TFT-LCD廠為例李雅鈴1、張翼2、戴寶通3、賴仁德3

瀚宇彩晶股份有限公司1、國立交通大學材料科學與工程學系2、國家奈米元件實驗室3

摘要

本研究以平衡計分卡理念

建立安全衛生管理績效指標量

測表，研究過程中是客觀性的

採用分析階層程序法(Analytic Hierarchy Process， AHP)模式且邀請安全衛生工作經驗滿5年以上專家，評估安全衛生績效指標

權重排序，客觀及成功的產出簡

明易懂的安全衛生管理績效指標

量測內容及各階層之權重配比，

並找出安全衛生管理績效指標量

測表內各階層之關鍵因素。

本研究目的如下：

1. 調查出安全衛生管理績效指標

配比

將AHP法問卷調查的結果彙總

統計後，進而分析TFT-LCD產業之

安全衛生績效管理的相對重要性，

以探討專家們對該產業之安全衛生

管理制度所關切議題做出權重配比

及排序並找出其關鍵因素。

2. 建立安全衛生管理績效指標之

量測表

參考平衡計分卡理念導入安全

衛生管理制度後，再透過 AHP 法來探

討出權重配比，再建立出清楚易懂、

強而有力的安全衛生管理績效指標之

量測表，以提供企業於實施安全衛生

管理績效指標量測之參考。

關鍵字

TFT-LCD、平衡計分卡、安全衛生管理、關鍵因素、AHP分析法

前言

工業局指出，平面顯示器產業

是政府積極推動「兩兆雙星」計畫

之重點產業，也是台灣繼半導體產

業發展之另一項新興產業，產量及

產值均超越韓國，成為世界第一及

全球最大TFT-LCD面板供應重鎮。

而光電業由於是高投資、高產

值以及高風險的產業特性，長期以

來對於安全衛生議題均相當重視，

因此建制相關安衛管理系統，一時

蔚為風潮，而實際執行的成效則有

賴績效評估系統的評比。且國內許

多事業所使用之安全衛生管理績效

指標，多半是以量測事業所產出之

安全衛生問題來做衡量，而多半的

指標名稱過於專業及其量測方式過

於繁雜及主觀，導致基層主管及員

工無法理解，造成不知而忽略日常

作業之安全。

在眾多的管理理論當中，均佐

證了平衡計分卡是最具全面性的績

效管理理論，其運用精髓在於將企

業之策略與目標管理相結合，而平

衡計分卡代表的也是績效管理上一

個重要開端，強調的是企業策略來

支配發展之方向，更為員工創造了

一種有效的表達方式。因此需要有

專人推動，更須一群有熱忱且專業

之團隊共同展開。

文獻探討

2.1 績效評估定義探討：

「績效評估」在本質上，係指

管理活動中之「控制」功能。這

種 功能有其消極和積極的意義，

就前者而言，係了解規劃之執行

進度與狀況，如有歧異，並達到

一定程度時，即應採取修正之因

應對策；而就後者而言，則希望

藉由績效評估制度之建立，能在

事前或活動進行中，對於行動者

NO.224

2007.07 十四卷

之決策與行為產生影響或導引作

用，使其個人努力目標能與組織

目標趨於一致，即所謂「目標一

致化」(goal congruence)， 績效評

估之所以能產生上述積極作用，

主要在於兩個因素，一為績效評

估標準(performance measurement

criteria)，另一為激勵(incentives) 手

段之利用。前者之選擇，顯示行為

者所應努力之方向或標的，而後者

之提供，賦予行為者努力之動機或

力量。俗云：「評估什麼，就得到

什麼成果」，即生動地表現了績效

評估的作用(許士軍，2000)，(鄒李

興，2004)。

2.2 平衡計分卡簡介：

1. 平衡計分卡之設計源自一個研

究計畫，叫做「未來的組織績

效衡量方法」，此計畫之目的在

於集合學術界及產業界的力量，

共同研商一個嶄新的績效衡量

模式。由學術界之哈佛大學教

授 Kaplan(1990) 及實務界之 Nolan

Norton 公司的 CEO–Norton(1990)

兩位共同負責。

2. 平衡計分卡乃是使用衡量做為一

個新的表達方式，以描述完成策

略的所有重要元素，而非集中於

造成一些妨礙長期價值的財務管

理工具，所以平衡計分卡是一套

策略衡量工具，它是被管理者用

來對員工與其他利害關係者傳達

投資成果與達成策略目標程度的

展現工具，從管理會計的角度來

看，策略整合越來越重要，並且

已逐漸脫離傳統單一績效評量的

準則，而朝向以複合式績效評量

聯結到組織各層級的關鍵成功因

素上。平衡計分卡以達成組織之

願景及策略為中心，除了傳統

的 財務面的衡量外，亦加入了三

個非財務性的績效指標構面，以

彌補以往傳統績效衡量之不足，

提供組織將願景和策略，轉化

成四個重要構面的架構如圖1，

透過目標(objectives)和衡量指標

(measures)組成一個新的衡量系

統，而這些都是未來競爭關鍵的

主要動因。(鄒李興，2004)

2.3. 層級分析法：

層級分析法(Analytic Hierarchy

Process，AHP)是屬於一種多目標的

決策方法，由 Satty於 1971所提出的

一套決策方法，利用組織的架構，

同時建立具有相互影響關係的層級

結構(Hierarchical Structure)如圖2，在

複雜的問題下作出有效之決策或在

分歧之判斷中尋求一致性。目前其

已運用於經濟、社會、及管理科學

等領域，此方法能將複雜之決策問

題簡化，由較高層級的項目予以分

解成數個細項層級。(陳佳慧，2003)

研究設計

本研究在分析TFT-LCD產業之

安全衛生管理議題的相對重要性，

來探討該產業關切安全衛生管理議

題排序，以進行安全衛生管理之分

配權重之建議，可供業界推動安全

衛生管理績效指標之參考。

3.1 研究方法

本論文研究方法區分文獻探

圖1 平衡計分卡四個構面圖。 資料來源：kaplan & Norton (1996) 圖2 AHP法層級架構圖。

奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

資訊交流

25

討，專家訪談，建構預擬安全衛生

管理績效指標，問卷設計、問卷調

查與統計分析因素等，摘述如下：

3.1.1 專家訪談方面：

為避免主觀看法及遺漏重要事

項，本研究擬與專家先進行深度訪

談，以瞭解執行之實際情形與問

題，初步建立出清楚易懂、強而有

力的安全衛生管理績效指標層級主

體架構如圖3，並請專家們以分析

階層程序(AHP)法，列入量測工具

建構指標之參考。

3.1.2 建構指標：

專家訪談共識建構績效指

標，續依Kaplan(1999)在「City of

Charlotte(B)」中所指出平衡計分卡

應用在安全衛生管理制度之各構面

需求內涵如圖4。

3.1.3 問卷設計及調查：

本研究於AHP 法問卷設計上，

列舉光電產業安全衛生管理制度之

階層要素進以設計階層要素的成偶

配對比較問卷表，問卷題目是以兩

兩要素間之相對重要性來進行成對

比較。基於掌握安全衛生管理績效

指標之關鍵事項、符合相關團體所

關切之安衛議題，以及展現安衛

績效之考量，專家選定是相當重要

的，所以本研究選定光電業界30位

有推動安全衛生管理專家，且專業

年資均超過5年以上之專家來填寫。

問卷填寫者基本資料統計如下。

1. 問卷數量：總共發出30份問卷，

圖4 以平衡計分卡理念導入安全衛生管理制度。

圖3 安全衛生管理績效指標層級主體架構。

表1 問卷填寫者基本資料統計表。

異常改善

自主性安衛管理

內外部稽核

健康管理

防護具管理

SOP製訂

事故調查缺失改善

虛驚/意外事故發生

風險評估

宣導活動

合格急救人員訓練成效

ERT人員訓練成效

危害通識訓練成效

一般安衛訓練成效

工安類教育訓練

類別 區分 人數 比例

性別男 16 62%

女 10 38%

學歷大學(專) 8 31%

研究所 18 69%

職位工程師 15 58%

主管 11 42%

安衛管理工作經歷

5至10年 14 54%

10至15年 10 38%

15年(含)以上 2 8%

安全衛生績效指標

NO.226

2007.07 十四卷

學習與成長構面(提升同仁安衛意識與能力)

財物構面(降低人員財產損失)

內部流程構面(加強公司內部環安管理，發現潛在危害即早改善，提升安全工作環境，達到員工工作效率)

顧客構面(符合外部單位〈含客戶/主要機關〉及內部同仁之環安需求)

回收26 份問卷，回收率為87 %。

2. 問卷填寫者基本資料統計如表1：

3.2 排序結果與關鍵因素分析

本研究針對層級架構之構面與

指標進行相對權重之評比，並利用

發放問卷的方式，進行各層級及指

標之成對比較，其得出各要素間之

優先程度與一致性強弱程度，同時

也針對所有問卷中每個構面層及因

素層驗證其C.R.值＜0.1，表示一致

性達到可接受水準如表2所示。架

構中共分為四層，最頂層為綜合績

效層，第二層為平衡計分卡四個主

要構面，第三層為影響各構面績效

之十六個主要因素層，第四層為影

響各構面績效之七十八個次要因素

層，進行各層級要素間之成對比較

要素間之優先程度如表3所示。將

比率尺度劃分從等強、稍強、頗

強、極強、絕強，再加上介於二者

之間的強度，共分成九個等級，比

重分別為 1 到 9。有效 AHP 問卷共

計26份，根據結果發現如下：

安全衛生管理績效指標的四

個主要構面間之相對重要性程度

依序為「內部流程構面」(31%)、

「財務構面」(25.7%)、「學習與

成長構面」(23.9%)、「顧客構面」

(19.4%)。

安全衛生管理績效指標的

十六個主要因素間之相對重要

性程度依序為「事故調查缺失改

善」(16.9%)、「SOP製訂(作業及文

表2 問卷一致性檢定資料統計表。

A君 0.0451 0.0911 0.008 0.0642 0.0158 0.0173 0.0358 0 0.0318 0.0914 0.0437 0.0226 0.01 0.0453 0. 0. 0.0569 0. 0.0912 0.0174 0.0438

B君 0.0029 0.0171 0. 0. 0. 0.0017 0.013 0. 0.0008 0.0553 0.0226 0.0029 0. 0. 0. 0. 0. 0.0203 0.0023 0.0023

C君 0.0308 0.0294 0.0158 0.0313 0. 0.0183 0.023 0. 0.0088 0.0365 0.0225 0.031 0.0114 0.0299 0. 0. 0. 0. 0.033 0.0241 0.0241

D君 0.0895 0.0321 0.0158 0.0303 0.0158 0.0668 0.0377 0.031 0.021 0.0059 0. 0.0695 0.0148 0.0225 0.0158 0.0435 0.0225 0. 0.0187 0.0438 0.0438

E君 0.0899 0.0332 0.0464 0.0225 0.0079 0.0446 0.0392 0.0261 0.0175 0.0085 0. 0.058 0.0582 0.0439 0.0464 0.0799 0.0224 0.0079 0.0588 0.0913 0.0638

F君 0.0695 0.0889 0.0322 0.0674 0.0158 0.0814 0.0705 0.0188 0.0811 0.0813 0.077 0.0714 0. 0.0604 0.0467 0. 0.0672 0.0668 0.097 0.075 0.0876

G君 0.0571 0.0457 0.0122 0.0386 0. 0.0131 0.0127 0.0403 0.0229 0.0584 0.086 0.0161 0.0342 0.0171 0.0466 0.0573 0.0805 0.0032 0.0196 0.0116 0.012

H君 0.0908 0.03 0.0159 0.0488 0.0023 0.0343 0.0849 0.0171 0.0134 0.009 0.0313 0.0894 0.0982 0.0297 0.0816 0.0586 0.0225 0.0251 0.0417 0.0314 0.0171

I君 0.0767 0.0923 0.0747 0.0699 0.0821 0.0248 0.0447 0.0883 0.0479 0.0035 0.0038 0.029 0.0706 0.0171 0.0465 0.0038 0.0571 0.075 0.0504 0.0147 0.0188

J君 0.0808 0.0693 0.0189 0.0619 0.0109 0.0431 0.031 0.0094 0.0588 0.0629 0.0801 0.0433 0.0254 0.0715 0.0465 0. 0.0227 0.0334 0.0675 0.0739 0.0904

K君 0.0927 0.035 0.0465 0.0576 0.0639 0.0088 0.0144 0.0424 0.0159 0.003 0.0076 0.077 0.0258 0.0076 0.0079 0.0076 0.0689 0.0465 0.0151 0.0044 0.0067

L君 0.0669 0.0412 0.0079 0.0398 0.0158 0.0131 0.0168 0.0473 0.0123 0.0009 0. 0.0226 0.0274 0. 0.0942 0. 0.046 0.0079 0.0176 0.0088 0.0088

M君 0.0685 0.087 0.0048 0.0453 0.0465 0.0174 0.0275 0.0174 0.0146 0.0044 0.0224 0.095 0.0079 0.0695 0. 0.0225 0. 0.0463 0.016 0.0322 0.0286

N君 0.087 0.0753 0. 0.0569 0.0252 0.073 0.0704 0.0556 0.0486 0.0022 0.0914 0.0225 0.0297 0.058 0.1753 0.0688 0.09005 0. 0.0556 0.0836 0.0802

O君 0.0225 0.0396 0. 0.0038 0.0158 0.0258 0.0977 0.053 0. 0.0004 0.0297 0.0322 0.0966 0.0941 0.0079 0.058 0. 0.0158 0.0022 0. 0.

P君 0.0688 0.0854 0.0158 0.0696 0.0048 0.0166 0.0388 0.0123 0.0446 0.0916 0.0321 0.0303 0.0735 0.0225 0.0465 0.0397 0.0435 0.0464 0.0929 0.0397 0.0532

Q君 0.0532 0.068 0.0463 0.0573 0.0468 0.0368 0.0921 0.0135 0.0325 0.0291 0.0965 0.0734 0.0922 0.0823 0. 0. 0. 0.0463 0.062 0.0357 0.0357

R君 0.0213 0.0219 0.0079 0.0826 0.0109 0.0363 0.0638 0.0166 0.0091 0.0013 0.0586 0.0398 0.0846 0.0928 0. 0. 0. 0.0158 0.0703 0.0656 0.0175

S君 0.0974 0.0661 0.096 0.0996 0.0079 0.0814 0.0713 0.0267 0.0766 0.0866 0.0945 0.075 0.041 0.0869 0.0747 0. 0.0757 0.0946 0.05 0.0931 0.0193

T君 0.0572 0.0922 0.0032 0.0249 0.0703 0.0246 0.0934 0.0232 0.0045 0.0711 0.0586 0.0693 0.0981 0.0699 0. 0. 0.0251 0. 0.0256 0.0125 0.0125

U君 0.0076 0.0867 0.0079 0.0666 0.0032 0.0391 0.0486 0. 0.0835 0.0528 0.0587 0.0323 0.0023 0.0569 0.0467 0.0593 0.0226 0. 0.0546 0.0251 0.0251

V君 0.0929 0.093 0. 0.0077 0. 0.06 0.063 0.0919 0.0556 0.0041 0.0091 0.0443 0.0814 0.0126 0.075 0.0791 0.0308 0.0334 0.0644 0.0309 0.0149

W君 0.0593 0.0889 0.0304 0.0751 0.0032 0.0518 0.0324 0.0221 0.0696 0.0818 0.0529 0.0715 0.0845 0.0435 0.0824 0.0122 0.017 0.0061 0.0777 0.0868 0.0938

X君 0.0572 0.0651 0.0032 0.0807 0. 0.0448 0.0392 0.027 0.0228 0.0004 0. 0.0015 0.0668 0.0076 0.0639 0.0015 0.0897 0.0158 0.0485 0.0247 0.0164

Y君 0.046 0.0892 0. 0.0643 0.008 0.0232 0.0348 0.0786 0.0369 0.0071 0. 0.0227 0.0773 0. 0. 0.0076 0.0224 0. 0.0437 0.0052 0.0164

Z君 0.0461 0.0531 0.0158 0.0431 0.082 0.0059 0.0217 0.0232 0.0148 0.0188 0.0496 0.0076 0.0082 0.0264 0. 0.0224 0.0602 0. 0.0625 0.0059 0.0059

(Saaty,1980)表示一致性比率(Consistency Radio；C.R.)，若C.R.<=0.1，籍矩陣之一致性程度令人滿意

異常改善

自主性安衛管理

內外部稽核

自動檢查管理

健康管理

防護具管理

SO

P

製訂

(

作業及文件管製)

事故調查缺失改善

虛驚/

意外事故發生

風險評估

宣導活動

合格急救人員訓練成效

ERT人員訓練成效

危害通識訓練成效

一般安衛訓練成效

工安類教育訓練

顧客構面

內部流程構面

財務構面

學習與成長構面

安全衛生績效指標

資料來源

奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

資訊交流

27

表3 安全衛生管理績效指標層級架構與排序結果之關鍵因素分析。

主要構面 主要因素 次要因素比重(%)

排序

學習與成長構面《提升同仁安衛意識與能力》(23.9%)

ERT人員訓練成效(5.8%)

1.ERT組員能明確說出附近ERT器材櫃位置及其職責任務 1.07 30

2.ERT搶救組員能於2分鐘內完成SCBA + 無線電之穿戴及通話完成 1.31 25

3.ERT搶救組員能熟練SCBA鋼瓶拆解及組裝 0.97 38

4.ERT組員能熟悉無線電器材使用及拆換電池 1.03 35

5.ERT救護組員能熟悉氧氣使用 0.42 67

6.ERT救護組員能熟悉搬運 0.54 58

7.ERT救護組員能熟悉生命徵象評估 0.44 64

一般安衛訓練成效(6%)

1.能明確說出緊急狀況(ex:火災、氣體、紅藥水)之通報方式及對象 1.20 27

2.能明確說出操作火警報知器之方式及時機 0.51 60

3.能明確說出操作火警警報、火災及第一個應變步驟 1.67 13

4.能明確說出附近滅火器之位置及使用方式 1.02 36

5.能明確說出附近之逃生出口與動線 0.88 41

6.能明確說出(火警、氣體洩漏)疏散之集結位置 0.40 68

7.能明確說出附近之醫藥箱放置位置 0.27 74

工安類教育訓練(5.5%)

1.完成員工安衛訓練(含新進/複訓) 1.40 21

2.取得法定合格證照(含設備及人員證照) 1.31 23

3.擬定演練計畫、定期演練 0.91 40

4.工作職務訓練認證 1.31 24

5.應變編組及隨時UPDATE(編組人員需已完成訓練及認證) 0.54 57

危害通是訓練成效(2.9%)

1.能明確說出所使用的化學品之危害分類 0.45 63

2.能明確說出所使用的化學品之存放的注意事項 0.73 49

3.能明確說出(化學品、氣體)第一個應變步驟 1.06 31

4.能明確說出物質安全資料表(MSDS)之放置地點 0.36 71

5.能明確說出所使用的化學品應避免之物質 0.30 72

合格急救人員訓練成效(2%)

1.合格急救人員能於熟悉CPR之操作與運用 0.70 52

2.合格急救人員能熟悉過度換氣正處理方式 0.17 77

3.合格急救人員能熟悉包紮處理方式 0.54 59

4.合格急救人員能熟悉止血步驟 0.46 62

5.合格急救人員能熟悉癲癇處理方式 0.12 78

宣導活動(1.8%)

1.安衛提案競賽活動 0.49 61

2.安衛宣導活動(EX:事故、健康、宣導活動) 0.38 70

3.ERT及急救人員競賽活動 0.57 55

4.目標標的方案管理 0.40 69

內部流程構面《加強公司內部環安管理，發現潛在危害及早改善，提升安全之工作環境，達到員工工作效率》(31%)

SOP製訂(15.7%)

1.緊急應變通報處置規範 2.57 6

2. 各單位操作安全標準規範(EX:可能產生之危害及因應措施、注意事項、包括斷電掛牌上鎖)

9.06 1

3.告知承攬商廠區環境及作業潛在危害因素與災害防止措施 4.12 4

自動檢查管理(6.2%)

1.訂定年度自動檢查計畫，並依計畫內容執行 2.45 8

2.機械設備有做自主危害風險評估管理 1.60 17

3.實施機械、設備、個人防護具及應變器材定期檢點(查) 2.17 11

NO.228

2007.07 十四卷

防護具管理(5.9%)

1.正確性的選用及確實穿戴 1.62 15

2.做好個人衛生，保持防護具清潔 1.62 16

3.實施作業檢點、定期檢查 1.59 18

4.輻射計畫配章穿戴率及正確率 1.05 33

健康管理(3.2%)

1.新進人員完成體格檢查 1.31 26

2.在職員工完成定期健康檢查 0.66 53

3.健康檢查異常者，需進一步確認而完成複檢 065 54

4. 特殊健康狀況之員工其主管是否有重新協調事宜之工作派任，並留存「員工特殊健康狀況處理表」

0.57 56

財務構面(降低人員及財產損失)(25.7%)

事故調查缺失改善(16.9%)

1.第一時間事故緊急通報(4hrs) 2.21 10

2.事故調查紀錄(分析原因，擬定改善對策) 2.46 7

3.事故改善追蹤及成效確認 5.93 3

4.事故案例普查及平行改善 6.25 2

風險評估(5.2%)

1. 實施新化學原物料/新製程風險評估，並完成作業類型、曝露時數、暴露危害竹之危害鑑別及風險評估

2.14 12

2.環境/機台變更是否有進行危害鑑別及風險評估 0.78 47

3. 作業觀察與安全分析後須再確認相關之作業活動是否有進行危害鑑別及風險評估

0.73 50

4. 事故發生時必須針對"改善前"、"預期改善效果"、"實際改善效果"進行風險評估

1.51 20

虛驚/意外事故發生(3.7%)

1.虛驚(Fire Alarm、Gas Alarm) 0.18 76

2.工安事故(火災、化災、氣災) 0.79 46

3.輕紅藥水 0.19 75

4.中紅藥水(3~6天) 0.28 73

5.重紅藥水(7天) 0.44 65

6.1死3傷 1.05 32

7.相同事故原因重複發生 0.74 48

顧客構面 (符合外部單外〈含客戶/主管機關〉及內部同仁之環安需求)(19.4%)

內(外)部稽核(5.4%)

1.法規查核(含國內外管制規範) 0.85 43

2.保險公司 0.72 51

3.勞檢機構 0.88 42

4.環安管理系統內部稽核 0.84 44

5.環安方案管理進度查核 1.11 29

6.環安管理系統外部稽核 1.04 34

自主安衛管理(5.1%)

1.6S巡檢 0.95 39

2.中、高階主管巡檢 1.55 19

3.基層主管作業安全觀察 1.20 28

4.目標標的方案提報 0.44 66

5.作業安全評估及分析 0.98 37

異常改善(8.8%)

1.作業環境測定之異常 2.69 5

2.健康檢查之異常 2.30 9

3.設備機台紅外線檢測之異常 1.65 14

4.自動檢查異常改善 1.35 22

5.演練缺失改善 0.82 45

合計 100 -

表3 安全衛生管理績效指標層級架構與排序結果之關鍵因素分析（續）。

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29

件管制)」(15.7%)、「異常改善」

(8.8%)、「自動檢查管理」(6.2%)、

「一般安衛訓練成效」 (6 .0%)、

「防護具管理」(5.9%)、「ERT人

員訓練成效」 (5 .8%)、「工安類

教育訓練」(5.5%)、「內(外)部稽

核」(5.9%)、「風險評估」(5.2%)、

「自主性安衛管理」(5.1%)、「虛

驚/意外事故發生」(3.7%)、「健康

管理」(3.2%)、「危害通識訓練成

效」(2.9%)、「合格急救人員訓練

成效」(2%)、「宣導活動」(1.8%)。

安全衛生管理績效指標的

七十八個次要因素間之相對重要性

程度依序為摘述前五大關鍵項目顯

示各單位操作安全標準規範(ex：

可能產生之危害及因應措施、注意

事項、包括斷電掛牌上鎖)(9.06%)

最為重要，其次為事故案例普查及

平行改善(6.25%)最為重要，第三為

事故改善追蹤及成效確認(5.93%)，

第四為告知承攬商廠區環境及作業

之潛在危害因素與災害防止措施

(4.12%)，第五為作業環境測定之異

常(2.69%)。

結論與建議 本研究係以 AHP 分析法得知

對TFT-LCD產業而言「內部流程構

面」重要程度最高，顯示多數受訪

者認為「內部流程構面」對企業安

全衛生管理績效指標而言是最重要

的構面，其原因可能係因管理規範

的訂定應符合作業者所需，才能讓

作業者有得依循。至於各構面之主

要因素重要性方面，「學習與成長

構面」以「一般安衛訓練成效」之

重要程度最高；「內部流程構面」

以「SOP製訂」之重要程度最高；

「財務構面」以「事故調查缺失改

善」之重要程度最高；「顧客構

面」以「異常改善」之重要程度最

高，其結果期供業界作為推動安全

衛生績效指標之參考。

4.1 研究限制

本研究是採AHP手法產出安全

衛生管理績效指標中各階層之權重

配比，因問卷填寫上需花上30分鐘

的時間冷靜的填寫及填寫過程中

會在每個環節提醒填寫者在評估

過程中某些議題有衝突點須再重

新評估，而整個評估結束後，若

C.R.>0.1則又須重新做檢查後再填

寫一次，多半的專家都會推諉或一

直抱怨，造成本研究的有效問卷收

集僅達26份。

4.2 研究建議

本研究因研究者的背景僅有安

全衛生管理經驗，所以僅能針對安全

衛生管理績效指標做建置，後續的研

究者如果有興趣作更延伸性的研究可

再增加環境保護管理績效指標。

目前已有對個案公司進行長時

間的觀察，後續可提供驗證短、

中、長期之安全衛生管理績效指標

計分卡供業界參考。

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31

鎢金屬蝕刻製程中以C3F8取代SF6

達到PFC減量之研究周主安1、張翼2、戴寶通3

華邦電子股份有限公司1、國立交通大學材料科學與工程學系2、國家奈米元件實驗室3

摘要

現今全球仍保有相當數量的

六吋晶圓製造廠以0.35 ~ 0.5毫米的製程，進行生產消費性積體電

路這類需求，而製程當中的鎢金

屬蝕刻(Tungsten Etch back)中所使用的PFC管制氣體SF6的使用量

是佔蝕刻製程的68%，因此，希望能藉由製程替代物品取代的方

式選擇以製程反應後全氟碳化物

產出較低的C3F8氣體來取代現行

製程中所使用的SF6氣體來進行

研究實驗期能達成全氟碳化物排

放的目的。

關鍵字

全球暖化(Global Warming) 、全氟碳化物(PFC) 、鎢金屬蝕刻(Tungsten Etch back) 、製程替代物、SF6 氣體、C3F8氣體

前言

1928年人類發明氟氯碳化物

(Chlorofluorocarbons, CFCs)，主要

用於煙霧劑、泡沫劑、冷凍劑、空

氣調節劑、溶劑以及滅火劑等，由

於其化性安定，所以其分子要上升

到平流層才會分解，此時其中所含

的氯原子會被釋出，而破壞臭氧，

使臭氧層越趨稀薄。因此，CFCs為

全球臭氧層保護機構、團體等所關

切之化合物；而氟原子和碳、氮、

硫的分子鍵則有很強的紅外光吸

收能力，這使得PFC(perfluorinated

compounds,全氟化物)成為全求溫

室效應之管制氣體。

我國二氧化碳排放量遠高於

其他溫室氣體，1990~2000年間持

續上升(如圖1所示)，是主要需採

取管制的溫室氣體。除PFCs(可能

將成為世界第一大排放國)與SF6有

上升趨勢外，其餘溫室氣體(CH4、

N2O、HFCs)均已逐年減少。

我國雖不是京都議定書之締約

國，無法參與公約與議定書之談

判，但基於善盡地球村一份子的

責任，不論是政府

或產業間，均應積

極進行溫室氣體減

量。

早期產界與學

界對產業之風險、

安全及防災的改善

多著重在立即性或

短中期在工廠及人員傷害損失的

預防改善，2000年以後才漸漸有人

意識到環境的衝擊面其實才是業

界造成人類最可怕的災害，當京都

議定書通過"不願意面對的真相"記

錄片的揭露之後，全球暖化(Global

Warming) 的現象更是對世人造成

極大的震撼，然而業界對這方面的

改善腳步才剛起步，學界在全氟碳

化物對全球暖化的相對研究也多僅

止於造成影響的預估、成長量的調

查，實務上對於全氟碳化物排放的

改善大多止於消極的尾氣處裡工程

上，對於製程替代物品之實務研究

幾乎沒有，本人服務於六吋晶圓廠

蝕刻工程部門，由於公司對環保政

策之承諾在全氟碳化物排放管制議

題上有所貢獻，又因非最先進製程

工廠成本因素考量的限制下希望能

圖1 台灣1990年~2003年間CO2排放趨勢。

單位:千公噸CO2

NO.232

2007.07 十四卷

藉由製程替代物品取代的方式達成

目的。

蝕刻工程PFC排放來源之探討

蝕刻製程中幾乎都會應用到

PFC類氣體作為反應氣體，其中使

用量佔比較大宗的製程有氧化層蝕

刻(Oxide Etch)、氮化矽蝕刻(Nitride

Etch)、複晶矽蝕刻(Poly Etch)、金

屬連接窗蝕刻(Metal Via Etch)、護

層蝕刻(Pad Etch)及鎢金屬層回蝕刻

(Tungsten Etch back)等，圖2所示為

一座六吋晶圓廠的SF6氣體在蝕刻

製程中每季使用量之權重圖。

我們可以看到其中鎢金屬層

回蝕刻的SF6使用量每季約22,556公

升，在所有製程裡佔有68% 遠大於

其他製程。

在替代物質的選擇上，替代化

學品的發展有兩種，一種是使用具

氧原子，氫原子或未飽和碳氫鍵之

氟碳化物取代全氟碳化物，其篩選

原則是大氣壽命短(小於15年)，不

易燃或不具爆炸性，室溫下(20℃)

為氣態，且原子數比"C/(F＋O－H)

＜1"。目前EIAJ和SEMATECH (委託

MIT)均在研究，主要之化合物如表

1所示。

S E M A T E C H 也 評 估 使 用

TFAA(Trifluoacetic anhydride)取代

NF3、CF4和C2F6，或使用高分子量

且溫室效應危害相對較小之P F C

如C3F8和C4F8取代CF4或C2F6，主要

目的均是減少P F C的生命週期。

Novellus公司已成功地用C3F8取代

C2F6製程，其Concept One機檯可降

低製程起始物之MMTCE(百萬公噸

總碳排放量)50﹪，但製程尾氣仍

會產生部份C2F6、CF4和CHF3。

具目前使用實績證實C3F8可於

製程上使用，且所使用的氣體流量

較少，除可節省成本外，其PFC排放

量亦較低，

同時不影響

製程產出。

可用於取代

其他之半導

體製程氣體

例如C F 4、

SF6或NF3。

因此，選擇先以鎢金屬蝕刻製

程中以製程反應後全氟碳化物產出

較低的C3F8氣體來取代現行製程中

所使用的SF6氣體來進行替代性化

學品之研究，如此才能獲得較合理

的效用。

鎢栓塞(W-Plug)製程簡介

W-plug之製程目的主要作為金

屬氧化半導體電晶體(Metal-Oxide-

Semiconductor，MOS)元件之閘極

(Gate)、汲極(Drain)、源極(Source)

等與金屬層(MET 1)的連通橋樑如圖

8所示，做元件與金屬層兩者間電

流傳遞的路徑。

早期在0.5微米製程時代，此

類製程步驟通常是以鋁、矽、銅合

圖2 蝕刻製程SF6 使用權重。

表1 各種取代氣體的取代效益。

氣體 分子式大氣中的壽命(年)

C/(F+O-H)沸點(˚C)

L H

HFE-227 CFOCHFCF3 11 0.4 -9.6 @ @

Hexafluoropropene CF3CF=CF2 <10 0.5 -29 & @

Hexafluoropropene Oxide

CF3CFCF2O <10 0.5 -27 & @

Hexafluoropropene CF3COCF3 <10 0.5 -27 @ #

Tertrafluoroisopropanol CF2CF2OCH2 <15 1.0 28 × #

Hexafluoroisopropanol (CF3)2CHOH 0.5 0.6 58.6 # %

HFE-216 CF3OCF=CF2 短 0.4 -22 @ @

HFE-216(2) CF3CH2OCHF2 短 1.0 45.9 × %

HFE-245(3) CHF2OCH2CF2CF3 短 0.8 5.6 × #

HFE-347(1) CH3OCF2CF3 短 1.0 45.9 # #

HFE-245(5) CF3CH2OCF2CF2H 短 0.8 50 # #

HFE-236(2) CHF2OCHFCF3 短 0.6 23.3 @ %

L:低密度電漿 H:高密度電漿

@:與參考氣體相當 &:效能較低 %:需要額外的氣體 ×:不佳 #:未評估

資料來源:Yu,(2000)http://www.tsia.org.tw/cnewletter9.htm

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33

金填入接觸窗來完成，隨著製程演

進到0.5微米以下時發現鋁、矽、

銅合金填洞之效果很差！因此，

發展出現今普遍應用在六吋晶圓

製造廠0.35 ~ 0.5微米製程中所使用

之W-plug 製程，當製程又進步到

0.35微米以下時，因平坦化要求更

高，通常以研磨方式(CMP )取代了

W-plug製程。

如此，隨著半導體製程的微

化，八吋廠、十二吋廠的製程由

0.1微米進步到90奈米的趨勢，六

吋晶圓製造廠0.35 ~ 0.5微米製程會

因此而被淘汰嗎？W-plug 製程即

將被淘汰嗎？其實不然，因為以現

今半導體市場的需求而言這些八吋

廠、十二吋廠的製程有利於生產如

記憶體等低消耗功率且光罩轉換單

純之產品，但對於高電壓、大電流

或如語音(Speech)、多媒體等類的

產品生產需求考量，相對的需要的

是較大的線寬及接觸窗；且由於客

戶對編碼、版別有多樣變化的需

求，光罩的成本考量也是ㄧ項重要

因素。

因此，在現今全球仍保有相當

數量的六吋晶圓製造廠以0.35 ~ 0.5

微米的製程，進行這類需求的製造

供應。

在圖 3中我們可以看到，當

一個MOS元件完成後會以絕緣之

介電質(Dielectric)如BPSG(Boron、

Phosphorous、Silicon Glass)將之包

覆此包覆層稱為ILD(Internal Layer

Dielectric)，此時，元件對外界並

各極也被相互隔絕，要使元件發揮

其功能需透過金屬層構成的電路與

這些元件連接才能達到整個功能目

的，而W-plug則扮演這些金屬線路

與元件各極的連通橋樑的腳色。

實驗參數選定

反應壓力

壓力影響電漿解離後離子平均

自由移動路徑，壓力愈大則離子平

均自由移動路徑越短越趨近於化學

電漿蝕刻模式(參考圖4)，由於離子

在高壓下進行蝕刻因此平均自由移

動路徑變短，故整體電漿的分佈在

晶圓上通常會有中央/邊緣的差異

因而影響均勻度。

由圖5一個簡單的壓力三水準

驗證可觀察得到，當反應壓力由

900mT提升到1200mT時蝕刻的均勻

度也由5% 上升至25%！

因此鎢蝕刻的均勻度良否主要

取決於選取之反應壓力的大小，而

關於均勻度是否良好則是用來評估

"3.3.2鎢金屬的殘留"中所提蝕刻後

鎢金屬殘留嚴重與否的重要指標。

射頻功率 ( RF Power )

射頻功率主要作為反應氣體在

反應腔內解離成電漿的能量，在硬

體上需控制的要素為線性輸出良好

的前向功率與極低的反射功率，射

頻功率通常會直接影響電漿形成的

穩定與否，這也意味著與蝕刻率是

成正比的。

氣體的組成

不同的氣體體積分率是主要決

定蝕刻氣體能否在電漿中均勻分佈

的因素，由於整個蝕刻程式通常非

單一步驟，可被設計成多步驟來進

行，因此可利用步驟與步驟間不同

氣體組成的互補，例如，步驟一：

採中央的蝕刻率＞邊緣的蝕刻率；

步驟二：採中央的蝕刻率＜邊緣的

蝕刻率 這樣的組合亦可有效改善

整體蝕刻的均勻度。圖3 MOS元件透過W-plug與金屬層連接。

NO.234

2007.07 十四卷

在氣體的組成主要選定的氣體

參數為：

a. C3F8 /O2 ：碳氟比(C/F) 在鎢金屬蝕

刻是一項重要參數，C/F比值愈

高，通常蝕刻反應中所產生的聚

合物(Polymer) 會愈多，在蝕刻的

過程 中這將會阻礙電漿與晶面上

的鎢金屬層影響蝕刻的進行，因

此，加入O2使O2與C反應成CO與

CO2並容易被真空幫浦抽走，達到

降低聚合物的生成與累積，故將

此兩種氣體比例當成一項參數。

b. Ar : 惰性氣體在蝕刻步驟中所扮

演的角色，通常為稀釋電漿濃度

以獲取均勻度較佳的電漿，或是

作為離子轟擊蝕刻作用的離子源

實驗配置、結果與討論

將選定之實驗參數Pressure、RF

Power、C3F8 / O2 及 Ar 等，個別分3

個水準放入直交表，並決定Run #1

~ Run #9 之實驗組合如表2所示：

根據表2之9組實驗組合(run #1

~ run #9) 利用程式設定格式表，如

表3所示，分別在機台上做程式設

定，本實驗程式架構分為3個步驟 :

[Step 1] stable 主要功用為在電漿點

燃前穩定反應氣體及反應壓

力等製程條件，因此設定上

除了RF power外大致與Step 2

相同，其設定時間為20秒。

[Step 2] main etch是本實驗主要的反

應步驟其反應時間為30秒。

[Step 3] pump down作用為將主反應

步驟完成後反應腔內殘氣

抽離其設定時間為10秒。

各步驟中變數"Run # X"表示各

實驗組合之參數值。

根據的實驗結果，將本實驗的

4個參數及其所屬的3個水準並相對

應的蝕刻率與均勻度結果製成一趨

勢圖如圖6與圖7所示：

在鎢金屬的蝕刻率部分，本實

驗的4個參數與蝕刻率之關係由圖

6可發現 : 當反應壓力由600 mT 上

升至1200 mT時，蝕刻率也上升將

圖4 電漿模式與反應壓力關係曲線。 圖5 反應壓力與均勻度關係。

表2 4參數3水準之實驗組合。

factor unit Pressure mT Power W C3F8/O2 sccm Ar sccm

level 1 600 600 45/105 10

level 2 900 700 60/120 20

level 3 1200 800 75/105 30

run #1 600 600 45/105 10

run #2 600 700 60/120 20

run #3 600 800 75/105 30

run #4 900 600 60/120 30

run #5 900 700 75/105 10

run #6 900 800 45/105 20

run #7 1200 600 75/105 20

run #8 1200 700 45/105 30

run #9 1200 800 60/120 10

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35

近15%；RF power 由600W上升至

800W 時蝕刻率也成正比例增加約

12.5%；在反應氣體部分，C3F8 / O2

比值愈高則蝕刻率反而愈低，特別

當C3F8 / O2比值條件為75 / 105 sccm

時蝕刻率陡降至3400 Å/min 以下，

而Ar的3個水準顯示與蝕刻率並無

直接關係。

在蝕刻均勻度部分，本實驗

的4個參數與均勻度之關係以圖7可

發現 : 當反應壓力由600 mT 上升至

1200 mT時，均勻度影響甚鉅， 從

5% 陡升至28.7% 將近6倍 ! 其次，

影響均勻度的因子則是反應氣體部

分，C3F8 / O2 之比值與Ar ，當C3F8 /

O2比值條件愈高時其均勻度愈佳，

但影響程度有限約只由15% 降至

10%；而Ar對均勻度的關係與C3F8

/ O2比值相似成反比例關係，但此

因子雖有影響但卻非常小，約只由

14.7% 降至12% 左右而已；至於RF

power這項因子在3個水準中顯示與

蝕刻均勻度並無直接關係。

因此，實驗第一階段之結論為：

(1) 反應壓力及 RF Power 與鎢金屬的蝕

刻率有正相關，在3個水準的實驗

中設定值愈大蝕刻率愈高，是為

影響鎢金屬蝕刻率的主要因子。

(2) 反應壓力與鎢金屬的蝕刻均勻度

有逆相關，在3個水準的實驗中

設定值愈大蝕刻均勻度愈差；反

應氣體中C3F8 / O2比值與鎢金屬

的蝕刻均勻度有正相關，在3個

水準的實驗中設定比值愈大時其

均勻度愈佳，是為影響鎢金屬蝕

刻均勻度的主要因子。

最佳化製程選定

根據實驗第一階段之結論，透

過反應氣體中C3F8 / O2比值做更精

確的驗證，把C3F8在90 ~ 45 sccm；

O290 ~ 135 sccm 間做更細區間作實

驗來選定最佳化的製程。

首先建立完整的鎢金屬的蝕

刻程式如表4所示，以此蝕刻程式

架構並再將C3F8在90 ~ 45 sccm；O2

90 ~ 135 sccm代入，所跑出來的結

果如表5所示：

將實驗結果把C 3F 8 / O 2比值

vs. U% 以及 量測點 vs.ER之關係以

Trend chart的方式表現如圖8與圖9

所示。

根據這個階段之實驗結果，其

結論為：

1. 當C3F8 / O2比值在0.5~0.56的範圍

時，製程獲得良好的蝕刻均勻

度 2.3 % ~ 2.9%，當比值不論望大

或望小發展超出此範圍時則蝕刻

均勻度急遽惡化，而在蝕刻率的

表現上在C3F8 / O2比值在0.56這個

水準似乎是一個臨界點，當比值

高於0.56時其蝕刻率便低於4000

Å/min。

2. 當C3F8 / O2比值在0.38 ~ 0.44的範

圍時，製程獲得良好的蝕刻率表

現4300 Å/min ~ 4400 Å/min，當比

值小於0.38時雖然可獲得更高的

蝕刻率，但邊緣區域急遽偏高的

表3 程式設定表。

圖6 4個參數及其所屬的3個水準與蝕刻率關係趨勢圖。 圖7 4個參數及其所屬的3個水準與均勻度關係趨勢圖。

step 1 2 3name stab main etch pump down

pressure Run#x Run#x 0power TOP 0 Run#x 0gas1-C3F8 Run#x Run#x 0gas2-Ar Run#x Run#x 500gas3-O2 Run#x Run#x 0gas4-N2 0 0 50gas5 - - -gas6 - - -gas7 - - -gas8 - - -He clamp 10 10 10etch mode Time Time Timetime/Max 20 30 10

NO.236

2007.07 十四卷

狀況非常嚴重使蝕刻均勻度大於

10% 以上；而C3F8 / O2比值在0.38 ~

0.44的範圍時之蝕刻均勻表現在

3.5% ~ 6.7 % 左右尚稱良好。

最後，根據上述兩點結論，最佳化

的鎢金屬蝕刻製程條件設定如表6

所示：

在步驟2，C3F8/O2比值選擇了

0.44這一組並將反應時間縮至17

秒，而在步驟3與步驟4時，選用

表4-4中實驗組run #3利用其蝕刻分

佈屬於中央區域偏高的特性與E.P

mode / Time mode 兩種etch mode

的配搭，使蝕刻率與均勻度都能獲

得理想的控制。

結論

(1) SEM 剖面圖表現

圖10所示為程式蝕刻結果的鎢

栓塞剖面 SEM照片：

從SEM照片的觀察結論為：

a. 對氮化鈦層的蝕刻率上，使用

C3F8 / O2這組配方比使用SF6這組配

方來得高。

b. 在鎢金屬凹陷方面的表現上，使

用C3F8/O2這組配方比使用SF6這組

配方來得理想。

c. 在Key Hole width方面的表現上，

使用v這組配方比使用SF6這組配

方來得小。

(2) WAT (Wafer Acceptance Test)

電性表現

鎢金屬蝕刻製程裡跟W A T

(Wafer Acceptance Test)電性參數有

關的參數主要有：接觸窗阻值(Rc,

Contact Resistance ) 及第一層金屬

橋接值(M1 Brig, Metal 1 bridge)。

將舊程式(主要反應氣體為SF6

之配方 )及新程式 (本研究所開發

C3F8 /O2之配方)上線生產後，收集

接觸窗阻值及 第一層金屬橋接值

兩個電性參數的表現(區間為2007

年1月~2007年5月) 如圖11與圖12所

示。

圖11中包含了新程式(C3F8配方)

以機台組1(Group 1)：EB-1、EB-2、

表4 完整的鎢金屬蝕刻程式。 表5 以完整的鎢金屬蝕刻程式之蝕刻結果。

圖9 鎢金屬蝕刻量測點 vs. ERa。圖8 鎢金屬蝕刻 C3F8 / O2比值 vs. U%。

step 1 2 3 5 6name stab BE ME OE pump down

pressure 900 900 600 600 0power 0 600 800 800 0GAP 6 6 6 6 6

gas1-C3F8 60 60 75 75 0gas2-Ar 30 30 30 30 200gas3-O2 120 120 105 105 0gas4-N2 0 0 0 0 200

He clamp 10 10 10 10 0gauss 0 0 0 0 0etch stab time E.P. Time time

time/Max. 20 20 45 60 20

實驗條件RECIPE

W film ER 後值Mean U

C3F8 O2 C3F8/O2 site1 site2 site3 site4 site5 site6 site7 site8 site9

80 100 363 0.8 2790 2938 2904 2882 2918 3308 3172 3068 3172 3016.89 0.0859

75 105 364 0.71 3106 3236 3216 3188 3218 3508 3352 3290 3420 3281.56 0.0613

70 110 365 0.63 3388 3446 3432 3402 3430 3764 3496 3264 3474 3455.11 0.0724

65 115 366 0..56 3732 3748 3756 3720 3742 3898 3722 3720 3824 3762.44 0.0237

60 120 367 0.5 4050 4068 4080 4040 4054 4218 4050 3982 4138 4075.56 0.0290

55 125 368 0.38 4250 4250 4264 4240 4252 4506 4288 4202 4376 4292.00 0.0354

50 130 369 0.38 4204 4208 4222 4212 4224 4802 4652 4574 4662 4417.78 0.0677

45 135 370 0.33 4250 4292 4302 4260 4274 5324 4906 4504 4804 4546.22 0.1181

C3F8 / O2

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37

EB-3及EB-5所生產的產品與舊程

式(SF6配方) 以機台組2(Group 2)：

EB-4所生產的產品在接觸窗阻值方

面的表現，從圖中可觀察到兩組機

台組間，在接觸窗阻值的表現並無

明顯的差異。

將圖11整理成量化表，呈現如

表7所示：

在新程式(C3F8配方) / 機台組

Group1 所得到的接觸窗阻值平均

維持在160.1µΩ (毫歐姆, 1 ×10-6

Ohms)，與舊程式(SF6配方) / 機台

組Group2 所得到的平均值相同。

而圖12所示是包含了新程式

(C3F8配方) 同樣以機台組Group 1及

所生產的產品與舊程式(SF6配方) 以

機台組Group 2 所生產的產品在第

一層金屬橋接值方面的表現，從圖

中可觀察到兩組機台組間，在第一

層金屬橋接值的表現也是無明顯的

差異。

同樣將圖12整理成量化表，呈

現如表8所示：

新程式 ( C 3F 8配方 ) / 機台組

Group1 所得到的第一層金屬橋接

值平均維持在0.01 nΩ(奈歐姆, 1 ×

10-9 Ohms)，與舊程式(SF6配方) /

機台組Group2 所得到的平均值相

同，兩者幾乎為零表示產品第一層

金屬線無短路的顧慮。

(3) CP ( Chip Probe) 良率表現

以相同於(2)所提之產品，並蒐

集相同時間區間內之產品良率同樣

分成使用C3F8配方與使用SF6配方的

兩個群組整理如圖13所示：

從圖的趨勢表現，可看得到兩

組配方所呈現的良率在同一水準，

將兩組配方各生產機台的量化資料

整理後，如表9所示：

在使用C3F8配方的4部機台中

(Group 1)，所統計出來的平均良率

為85.8 %其標準差在4.1；而使用SF6

表6 最佳化的鎢金屬蝕刻製程條件程式。

圖10 程式第二步驟到第四步驟蝕刻之結果。

圖11 產品接觸窗阻值表現。

表7 接觸窗阻值之量化表。

step 1 2 3 5 6

name stab BE ME OE pump down

pressure 900 900 600 600 0

power 0 600 800 800 0

GAP 6 6 6 6 6

gas1-C3F8 60 55 75 75 0

gas2-Ar 30 30 30 30 200

gas3-O2 120 125 105 105 0

gas4-N2 0 0 0 0 200

He clamp 10 10 10 10 0

gauss 0 0 0 0 0

etch stab time E.P. Time time

time/Max. 20 17 45 60 20

Group 1 / C3F8 Group 2 / SF6

機台參數

P_Plus_RC_45機台

參數P_Plus_RC_45

EB-1 161.3 EB-4 160.1

EB-2 159.3

EB-3 160.2

EB-5 159.5

群組平均 160.1 群組平均 160.1

單位: µΩ

NO.238

2007.07 十四卷

配方的機台(Group 2)良率則為84.2

%其標準差在9.6，因此從數據結果

得知，產品品質的變異約1.9 % 符

合當初設定的品質的變異＜3% 目

標，且良率的穩定度以資料的標準

差為指標來評估也是相當不錯。

研究成效之展現

本研究所開發C3F8 / O2配方之

鎢金屬蝕刻新程式，於2005年初正

式在本人所服務的六吋晶圓廠上線

進行所有產品之量產，目前除了

0.32微米的部份產品因在金屬介層

填洞(Tungsten Via) 的鎢金屬回蝕刻

製程尚需使用反應氣體為SF6 配方

之舊程式因而保留一機台專供此製

程目的使用外，其餘鎢金屬回蝕刻

製程皆以C3F8 / O2配方之新程式取

代，生產至今已有兩年多，通過大

量生產且皆未發生與此製程相關之

產品異常事件的考驗，證實此配方

製成是適用於實務生產上的。

自2005年以來，透過長期追蹤

此製程變更後對PFC減量之貢獻，

展現如圖14所示：

在圖14中所展現的條狀圖部分

是SF6氣體使用量，它是以工廠該

氣體在該年度每個月實際領用的公

斤數來累加計算的，很明顯的蝕

刻部門的SF6氣體使用量，在2005

年鎢金屬回蝕刻製程以C3F8/ O2取

代SF6 後，看到有明顯的降低(其中

2007年的年用量是一預估量，它是

根據前兩年產能與使用狀況所預估

出來的趨勢值)；其減量的貢獻從

2004年取代前每年使用總量2,620

公斤到取代後2006年每年使用總量

1480公斤降幅達43.5%。

在M M T E C指標方面 (圖1 4中

所展現的折線圖部分)，在這部份

也可看到顯著的貢獻，從2004年

取代前每年總累計值0.003874到

取代後2006年每年使用總累計值

0.002046，降幅達47.1%。

雖然，PFC破壞技術是環保問

題轉價的技術，但以技術成熟度和

操作維修成本而言，目前是最可被

半導體工廠使用的技術；PFC燃燒處

表8 第一層金屬橋接值之量化表。

圖12 產品第一層金屬橋接值表現。

圖13 產品的良率表現。

表9 產品的良率量化表。

Group 1 / C3F8 Group 2 / SF6

機台參數

M1_Bri_54機台

參數M1_Bri_54

EB-1 0.01 EB-4 0.01

EB-2 0.01

EB-3 0.01

EB-5 0.01

群組平均 0.01 群組平均 0.01

Group 1 / C3F8 Group 2 / SF6

機台 平均良率 標準差 機台 平均良率 標準差

EB-1 85.9 3.1 EB-4 84.2 9.6

EB-2 86.1 3.2

EB-3 85.7 2.8

EB-5 85.4 7.5

群組平均 85.8 4.1 群組平均 84.2 9.6

單位: %

單位: nΩ

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39

理設備已有市售產品，唯其在燃燒

過程中所產生之酸氣和微粒，需以

大量之洗滌水加以濾除，因此局部

處理設備如何省水、減少設備體積

及降低操作維護成本仍有待努力。

透過這著研究的成功經驗，期許能

啟發業界，藉著製程替代物質領域

的研究與實務應用，以治本的方法

達到這樣的目的才是最好的選擇。

參考文獻

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NO.240

2007.07 十四卷

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41

高科技廠無塵室機台防爆電氣設置評估之研究曾森裕1、張翼2、戴寶通3、許宏德3

奇美電子股份有限公司1、國立交通大學材料科學與工程學系2

國家奈米元件實驗室3、國高雄第一科技大學環境與安全衛生工程系3

摘要

化學工廠、石油煉製廠、醫

藥品製造廠、橡膠及合成樹脂製

造廠、可燃性氣體製造廠、液化

氣體填充廠所及園區之半導體及

光電相關電子產業⋯等，均需使

用或製造大量易燃性物質，屬爆

炸性混合氣體可能生成之主要場

所，該類廠所使用之電器設備如

不具防爆構造性能，極易造成火

災爆炸事故而蒙受重大損失。 T F T - L C D ( T h i n F i l m

Transistor-Liquid Crystal Display)產業建廠成本是相當高昂的，亦

是我國繼半導體產業以來，跨入

21世紀後最主要的高科技工業。隨著生產設備步入大型化、自動

化後，建廠成本更已逐漸超越半

導體廠。 行政院勞工安全衛生委員會

於「勞工安全衛生設施規則」[1]

第177條規定：雇主對於作業場所有易燃液體之蒸氣、可燃性氣

體或爆燃性粉塵以外之可燃性粉

塵滯留，而有爆炸、火災之虞

者，所使用的電器機械裝置、設

備，應具有適合其設置場所危險

區域劃分使用之防爆性能構造。

但觀察國內高科技廠之防爆電氣

設置規劃大多注重於廠務區之設

備，對於FAB內之製程機台較無整體性之評估。本文章之內容即

針對潔淨室機台防爆電氣如何設

置評估進行探討，並納入防爆電

氣正確選用的原則，在確認機台

需要裝設防爆電氣的同時，能夠

正確並快速的選用安全且合適的

防爆電器設備，盼能對於日後產

業界有所幫助，並提供專業學員

一份參考的文件。

關鍵字

防爆電器設備、火災爆炸風險

前言

TFT LCD(Thin Film Transistor-Liquid

Crystal Display)產業是繼半導體產業

以來，我國21世紀高科技產業最主

要發展的工業。業者為提升市場競

爭力及產能，從第3.5代、第4代、

第5代，第6代、甚至於現有的7.5

代廠，在生產設備步入大型化、自

動化後，建廠成本更不下於半導體

廠。如何藉由整體性的規畫，建立

適合製程機台的防爆電氣設置評估

規範，進而降低機台設備運作時所

可能產生火災爆炸的風險，將是本

篇論文主要研究的課題。

目的

本論文最主要的研究目的，在

於建構一個完整的機台防爆電氣設

置評估規範。其內容包括：

(1) 業界在進行製程設備採購時，可

藉由完整的評估規範確認該機台

是否需進行防爆電氣之設置。

(2) 藉由該規範確認需裝設防爆電氣

之機台其危險性區域劃分等級及

選用合適之防爆電氣種類。

(3) 有效降低機台使用易燃性化學品時

所引起的火災爆炸風險，並將機台

設置防爆電氣的成本合理化。

危險區域劃分標準現況分析

目前國內有關防爆電氣設備之

相關法令、文獻、技術資料欠缺不

足，部分事業單位對有關防爆電氣

設備之規定與選用與危險區域劃分

均不甚暸解，且採用之標準不一，

包括美國標準、歐洲標準、日本標

準…等等。鑒於台灣欲加入世界貿

NO.242

2007.07 十四卷

易組織及IEC標準向來為所有國家

採用之國際標準，國內標準檢驗局

目前所採用的防爆標準即為IEC之

標準。

鑒於IEC目前包含主要先進國家

在內的41個會員國，其所制定的各

項電器設備標準，一直為所有電器

設備之主要參考標準，而歐洲標準

與IEC防爆電器設備標準相當接近，

並且日本及美國也接受IEC防爆電氣

設備標準，因此國內之經濟部標準

檢驗局已將國際電工標準IEC60079

之[2]架構納入CNS標準審議，並已於

91年10月30日及12月5日公告審議

完成13項CNS 3376[3]系列防爆電氣

設備標準，另外5項標準正進行審

議中，因此國內防爆電氣之標準將

會與國際IEC標準同步。

建議業界應針對自身之防爆電

氣設備選用標準給予一明確之界

定，即採用國際標準之三級劃分方

式或採用美國傳統標準之二級劃分

方式。依據勞研所研究報告「易燃

性氣體及蒸氣之危險區域防爆等級

判定」[4]所作之調查，採用美國傳

統標準之二級劃分方式高達51﹪，

而採用國際標準之三級劃分方式只

有15，兩者相差36。然而需注意的

是，國內CNS防爆電器標準與國際

標準同步後，勞工安全衛生相關法

令若加以引用，對於既有工作場

所，其電氣防爆危險場所之劃分，

應依CNS防爆電氣標準劃分(即IEC

標準，將工作場所劃分為0區、1區

及2區)，此說明提供了業界在採購

防爆電氣設備時應考慮選用IEC國

際標準，以利後續採購及法規符合

性。而當危險場所劃分的標準與擬

採購防爆電氣設備的標準不屬於同

一個標準時亦不用擔憂，可以將該

危險場所原來劃分之區域等級，轉

換為擬採購防爆電氣設備標準之等

效區域等級，再依該等效區域等級

選用防爆電氣設備。例如依美國

傳統標準劃分之Class I Division 2場

所，欲選用國際標準規格之防爆電

氣設備時，因美國傳統標準之Class

I Division 2 場所可等效於國際標準

之Zone 2，因此就可以依國際標準

之Zone 2來選擇同樣是國際標準規

格之防爆電氣設備(如表1)。

防爆電氣產品的安全不僅取決

於產品的安全性能，而且與產品的

安全使用密切相關。在興建新廠時

對於機台防爆電氣設置的議題，建

議應透過會議與工安部門、製程部

門、保險公司及專家學者等，以專

案的模式來討論設置的準則，本論

文之案例公司即以此運作模式產出

防爆電氣設備之設置評估規範，並

運用於新建廠之機台設備採購。

機台防爆電氣設置評估規

範實施方式

此套機台防爆設置評估規範配

合案例廠在採購機台設備時所依循

的「設備採購安全作業指導書」[5]

之條文4.6.2.6實施之，其內容為：

有可燃/易燃氣體、液體會造成火

災、爆炸疑慮的設備，操作環境

內的電器(含安全連鎖裝置)均需有

防爆安全設計，電器設備依防爆等

級附檢定合格證書。亦即在案例

公司下PO(所謂的訂單)給設備商之

前，案例公司會先安排「機台安全

設計檢討會」(safety design review

meeting)針對採購設備時所需遵守

的工安環保議題進行討論。吾人將

機台防爆設置評估規範以「機台防

爆電氣設置評估查核表」(表2)的方

式呈現，並要求設備商在該會議召

開之前先使用該查核表進行評估，

然後再將評估結果或需進一步釐清

的議題一併於機台安全設計檢討會

召開時進行討論。此時因機台尚在

設計階段，於此時導入防爆評估及

設備安全之相關要求，設備商較易

表1 各國危險場所分級對應關係表。

級別系統別 日本 美國(NEC) 歐洲(IEC)

0 0 級Class Division1

Zone 0

1 1 級 Zone 1

2 2 級 Class Division2 Zone 2

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43

接受並配合完成機台之改造。

經由案例公司之工安部門會同

防爆專家學者及保險公司代表，參

考國內外法規及國際防爆標準以專

案的方式共同評估、研討出有系統

性且符合案例公司需求的機台防爆

電氣設置評估規範，期望能有達到

有效管控製程機台在火災爆炸方面

的風險。本評估規範自95年4月份案

例公司建置新廠時導入試行，使用

至今已有良好之成效，試行期間並

持續修正以期符合使用者的需求。

結論與建議

早期案例公司並沒有一套完整

的機台防爆電氣設置評估機制，只

能信賴設備商對機台的整體設計。

但因各設備商之設計理念及專業程

度不一致，使得案例公司深感對此

部份的風險無法有效掌控。

藉由專家學者的協助，以及保

險公司在實務經驗上的參與，制訂

出符合需求且與國際規範同步的評

估規範，經過案例公司實施後得到

以下的結論與建議：

(1) 完整的機台防爆電氣評估規範

可快速且明確地判斷該機台是

否需設置防爆電氣。

(2) 請設備商執行此評估規範的時

機，應掌握在機台尚在設計階

段或之前，否則經評估後如遇

需變更機台設計時，往往會產

生其它的阻力，如cost up、交

機延期…等。

(3) 需裝設防爆電氣的機台經此規

範評估出其危險性區域劃分等

級，可基於此選用合適之防爆

電氣種類，避免選用到等級過

高或等級過低的防爆電氣，將

防爆電氣設置的成本合理化。

(4) 有效控管機台使用易燃性化學

品時所引起的火災爆炸風險。

(5) 設置防爆電氣只能針對電器火

花及電器本身之熱表面進行控

管。除了電器裝置外可能還有

其它的點火源，例如靜電、動

火作業、磨擦、衝擊、熱量蓄

積…等，都必須另列對策使其

得到控管。

(6) 設備工程師對於防爆電氣的相

關認知有限，應再加強此部份

的教育訓練。

(7) 目前國內尚無防爆電氣的認証

制度，因此國產的防爆電氣產

品常可見不符合防爆原理者，

建議在採購時應以進口並有防

爆認証標示者為佳。

參考文獻

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[3] 經濟部檢準檢驗局，中華民國國家標準CNS 3376，2002。

[4] 蘇文源，賴加勳，易燃性氣體

及蒸氣之危險區域防爆等級判定，一版，台北，行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所，1998。

[5] 奇美電子，「設備採購安全作業指導書」，三版，環安處，台南，2006。

[6] N F PA 3 0 , F l a m m a b l e a n d Combustible Liquids Code,2003。

NO.244

2007.07 十四卷

表2 機台防爆電器設置評估查核表。

有火災爆炸疑慮之機台，請配合此查核表之項目順序進行評估作業！

項目 內容 選用結果

1. 確認該機台使用化學品之種類

□氣態[1]：1.氫氣 2.乙炔、乙烯 3.甲烷、乙烷、丙烷、丁烷 4. 其他於一大氣壓下攝氏十五度時具有可燃性之氣體。(請填入氣體名稱___________________________ )

□液態：□閃火點低於37.8℃者[6]□ 該化學品之閃火點若高於37.8℃，但其操作條件(例如加熱情形…等)或其附熱源之溫度可到達該化學品之閃火點時，亦需納入防爆考量。

補充說明：

□ 非屬上述化學品定義，不列入防爆考量，結束評估！

2. 使用之設備是否有洩漏的可能？

□液態：□閃火點低於37.8℃者[6]□ 該化學品之閃火點若高於37.8℃，但其操作條件(例如加熱情形…等)或其附熱源之溫度可到達該化學品之閃火點時，亦需納入防爆考量。

補充說明：

3.洩漏等級判斷

□連續洩漏等級： 連續釋放或預計長期釋放的釋放源。參考：1000(時/年)以上□主要洩漏等級： 在正常運行時，預計可能週期性或偶爾釋放的釋放源。 參考：10～1000(時/年)間□次要洩漏等級： 在正常運行時，預計不可能釋放，如果釋放也僅是偶爾和短期釋放的釋放

源。 參考：10(時/年)以下完成洩漏等級判斷後，考量項目4。

4. 初步判定危險場所等級

□ 連續洩漏等級：定義為Zone 0，可能連續產生爆炸之氣體，其濃度在爆炸下限以上。□ 主要洩漏等級：定義為Zone 1，在正常狀態下，有可能產生危險之場所。□ 次要洩漏等級：定義為Zone 2，在異常狀態下，有可能產生危險之場所。完成危險場所初步判斷後，考量項目5。

5. 是否可將電器設備自機台外移？

□是，不需評估防爆電器，結束評估！□否，考量項目6：通風控制狀況。

6. 是否可控制通風狀況？

□是，依項目7進行通風等級設計評估。□ 否，依原選定之危險場所等級選用防爆電器，跳至項目11。

7. 設計通風等級，需計算出下列二個參數：

(1)假想體積(Vz)(2)滯留時間的估計(t)

(dv/dt)min= × ……………(式一)

(1) (dG/dt)max ：為洩漏源最大流率(每單位時間的質量，kg/s)：評估設定值為_________kg/s(2) LEL：為最低爆炸下限(每單位體積的質量，kg/m3)：________kg/m3(PS：LEL(kg/

m3)=0.416x10-3 x M x LEL(vol.%))(3)T： 為周圍環境溫度(凱氏溫標)：_______ K(4)(dV/dt)min： 為新鮮空氣的最小容積流率 (每單位時間的容積，m3/s )：計算結果為

___________ m3/s，將結果代入(式二)進行計算。

Vz= …………… (式二)

(5)C：空氣換氣次數，為每單位時間(s-1)內更換新鮮空氣的次數，計算方法如下式：

C= …………… (式三)

(6)dVtot/dt：為空氣總流率(m3/s)：評估設定值為 ___________m3/s

機台防爆電氣設置評估查核表

機台基本資料

機台名稱 案例廠工程師

廠商名稱 廠商工程師 日期

(dG/dt)max T

LEL 293

dVtot/dT

v0

f×(dV/dT)min

k×C

奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

資訊交流

45

項目 內容 選用結果

(7)V0： 為通風的所需空氣總體積符(m3)：評估設定值為 ___________m3(8)C： 空氣換氣次數：計算結果為 ___________ 次 / s，將結果代入(式二)(9)k： 為使用於LEL的安全係數，通常選用值如下，將選用值代入(式二)□ k=0.25(連續或是主要洩漏)□ k=0.5 (次要洩漏)(10)f： 為稀釋爆炸性空氣之效率，將選用值代入(式二) f值的選用範圍由 f=1(理想情況)到 f=5(不良的空氣流動情況)依狀況而定。 □ f=1 □ f=2 □ f=3 □ f=4 □ f=5(11)Vz ： 假想體積(式二)之計算結果 _________m3

t= 1n …………… (式四)

(12)X0： 和LEL相同單位，即%體積，為量測可燃性物質的初始濃度：評估設定值為____%

(13)ln： 為自然對數，即2.303log10(14)t ： 和Ｃ同為時間單位，假如Ｃ所表示的是秒鐘的換氣次數，即 t 所代表的時間也是

秒。計算結果 _________ 秒完成Vz計算後，考量項目8。

8.依Vz值選定通風等級

□高度通風(VH)： 可使由來源釋出的爆炸性氣體濃度馬上減少並可保持在爆炸下限以下。 (PS：Vz低於該機台潛在洩漏源之空間 1/5 以下，視為高度通風)

□中度通風(MV)： 可控制氣體的集中。使邊界區域形成濃度低於LEL，並且洩漏停止後， 爆炸性氣體不會殘留。(PS：Vz介於該機台潛在洩漏源之空間 2/5 ~ 4/5 者，視為中度通風)

□低度通風(LV)： 當洩漏時，並不能對釋出氣體濃度加以控制。並且/或當洩漏停止後，不能防止易燃性氣體的滯留。(PS：Vz大於該機台潛在洩漏源之空間 4/5 以上，視為低度通風)

完成通風等級選定後，考量項目9。

9. 判斷通風可用度 □ 良好：通風設備實際上可穩定連續的運轉(具備份設計)。

□中等： 通風設備在正常操作情況下運轉。但允許短暫時段不連續運轉(具連鎖功能)。□差：通風不如良好與中等的情況，但是不能長時段發生不連續運轉。完成通風可用度判斷後，考量項目10。

10. 確認最後判定的危險場所等級

依項目3、8、9之選用結果，利用「防爆區等級與通風程度及可用度關係表」確認最後判定的危險場所等級。□ Zone 0，可能連續產生爆炸之氣體，其濃度在爆炸下限以上。□ Zone 1，在正常狀態下，有可能產生危險之場所。□ Zone 2，在異常狀態下，有可能產生危險之場所。□ 降為「非危險區」，不列入防爆考量，結束評估！完成危險場所等級最後確認，考量項目11。

11.依照IEC、CNS、NEC或日本構造規格之規定，選購合適且認証合格之防爆電氣。

□ Zone 0：本質安全防爆(i)□ Zone 1： □本質安全防爆(i) □耐壓防爆(d) □安全增防爆(e) □正壓防爆(p) □模注

耐壓防爆(m) □充填防爆(q) □油入防爆(o)□ Zone 2： □本質安全防爆(i) □耐壓防爆(d) □安全增防爆(e) □正壓防爆(p) □模注

耐壓防爆(m) □充填防爆(q) □油入防爆(o) □無火花防爆(n)

備註:

-fC

LEL×kX0

表2 機台防爆電氣設置評估查核表(續)。

NO.246

2007.07 十四卷

整合性管理系統之建置研究

楊雅琇1、張翼2、戴寶通3

國立交通大學產業安全防災專班1、國立交通大學材料所2、國家奈米元件實驗室3

摘要

自國際標準組織(ISO)公告品質管理系統後，陸續有環境管理

系統及由知名驗證機構公告的職

業安全衛生管理系統接踵而來，

且紛紛被企業因客戶的要求、環

境污染防及危害預防與控制的

考量下所採行，且這三個管理系

統是現階段企業經營面對全球化

市場的挑戰及永續發展的競爭優

勢。然而因各管理系統的推行需

分別認證，導致各管理系統獨立

運作，造成企業所推行的品質、

環境及職業安全衛生管理系統時

內部增加管理上的困擾、資源的

浪費。所以如果能將各管理系統

加以整合，於能符合各系統共通

性要求下，建立適合的管理架構

與管理模式，不但可以整合公司

內部資源、簡化作業流程，同時

對於企業的形象及競爭力有極大

的助益。

本文探討企業於建構品質、

環境及安全衛生整合的管理系

統，將各管理系統標準予以分析

比較及彙整異同點，了解管理系

統整合的考量因素、涵蓋範圍

及、整合之優點及建置模式，作

為企業參考的模式。管理系統整

合後仍依循著PDCA的管理循環架構以達到持續改善的要求，藉

此達到企業永續發展的目標。

關鍵字

品質管理系統 (ISO 9001)、環境管理系統 (ISO 14001)、職業安全衛生管理系統 (OHSAS 18001)、整合性管理 (Integrated Management)。

前言

由國際標準組織(ISO) 2006年8

月的統計資料，截至2005年底全球

通過 ISO 9001：2000認證的有超過

776,608家廠商並遍及161個國家，

通過 ISO 14001認證的有家廠商有

超過111,162(含1996年版及2004年

版) 並遍及138個國家[1]。且同時目

前炙手可熱的OHSAS 18001正積極

的在全球推動著，這三個管理系統

是現階段企業經營面對全球化市場

的挑戰及永續發展的競爭優勢，

而依據經濟部工業局於2005年11月

的統計，國內企業通過ISO 14001

驗證者已有1494個事業單位，通過

OHSAS 18001驗證者為239個事業單

位[2]，所以對於企業經營角度管理

系統的整合是未來最迫切的需求也

是必然的趨勢，以提升企業的競爭

力。

對於各個國際管理系統認證標

準推行至今，於事業單位大多致力

於使管理系統能驗證通過及管理系

統之維持，且公司取得2至3個管理

系統者不在少數，多涵蓋了品質管

理系統、環境管理系統及職業安全

衛生管理系統之範疇，而這些管理

系統又分別於不同時期推行及取得

驗證，所以每推行一管理系統便使

公司內部之人力，物力及時間耗費

相當大的管理成本，且單一系統執

行時經常使得系統之獨立性很高無

法於執行面及管理面進行有效的整

合。若能加以整合，建立適合的架

構模式，不但可以簡化作業流程、

節省人力資源，同時對於企業形象

都能獲得顯著的績效。

管理系統介紹

2.1 品質管理系統

國際標準組織(ISO)於1987年3

奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

資訊交流

47

月發佈第一版ISO 9000系列之品質

管理系統標準，於1994年公佈第二

版ISO 9000系列標準，於1996年再

度提出修訂草案並於2000年公佈第

三版 ISO 9000：2000。自ISO 9000

系列品質管理系統發佈以來於國際

上已廣泛被許多國家及公司組織採

用。而ISO 9001 在其條文應用範圍

概述即明確表示其主要功能為：

1. 展示其一致性提供產品服務的能力，

並符合顧客與適用性法規要求。

2. 藉由系統有效運用，朝向提高顧

客之滿意，包括系統流程之持續

改善及符合顧客與適用法規要求

之保證。

依國際標準組織(ISO) 2000年12月發佈

之ISO 9000：2000品質管理系統可適

用於所有類型與規模之公司組織，

其已有下列之標準發行，以供品質

管理系統實施與運作之依循標準：

1. ISO 9000：2000品質管理系統－

基本綱要與詞彙

2. ISO 9001：2000品質管理系統－要求

3. ISO 9004：2000品質管理系統－

績效改善指導綱要

4. ISO 19011：2002 品質及環境管理

稽核指導綱要

而2000年的改版重點如下[3]

1. 2000年發表著重在客戶需求與客

戶滿意，藉由流程導向及持續改

善，來滿足客戶之要求。

2. 2000年版修正，為了使用群體之

利益，加強與ISO14000之相容性。

2.2 環境管理系統

國際標準組織(ISO)為因應聯合

國環境與發展會議要求，配合國際

趨勢環境管理自覺運動之風潮進行

相關標準制定之研究，於1993年成

立ISO/TC207技術委員會研擬制訂

環境管理標準。主要以英國標準協

會(British Standards Institute, BSI) 之

BS7750環境管理制度為基礎，制訂

環境管理系統之標準；並於1996年

9月陸續公告有關環境管理系統等

八個相關標準。

依環境管理系統 I S O 1 4 0 0 1

標準內容之章節的順序，主要

內容依其架構及實施順序分成

環境政策 (Environment policy)、

規劃 ( P l a n n i n g )、實施與運作

(Implementation and operation)、

檢查與矯正預防措施 (Check ing

and corrective action)及管理審查

(Management review)。主要內容要

件包含有系統規定的環境政策、目

標、管理方案、文件化、訓練、作

業管制、稽核及管理審查等。

2.3職業安全衛生管理系統

BS 8800公佈後世界各國為建

立制度化之職業安全衛生管理系

統，先後制訂國家的職業安全衛生

圖2 ISO 9000品質管理系統標準系列架構。

圖1 ISO 9001: 2000版品質管理流程式。

ISO 9000: 2000 品質管理系統－基本綱要與詞彙

ISO 9014:2000品質管理系統－績效改善導調整

ISO 9001:2000品質管理系統－要求

ISO 19011:2002品質及環境管理稽核指導調整

ISO 10000 品質管理系統系列支援標準

品質管理系統之持改進

顧客(與其他利害相關者)

要求

顧客(與其他利害相關者)

滿意度

管理階層責任

資源管理量測、分析及改進

產品輸出

產品實現

加值活動 資訊流

輸入

NO.248

2007.07 十四卷

管理系統標準，由於BS 8800不具

驗證之作用，因此部分驗證機構

即依據BS 8800之內涵制定該機構

之職業安全衛生管理系統驗證標

準，如DNV、TUV之OHSMS；SGS之

ISA 2000；BVQI之Safety Cert等，各

國際驗證公司即開始推動職業安全

衛生管理系統驗證作業，由於各驗

證公司自行設計的職業安全衛生管

理系統內容大致相同，但細部仍有

些微出入，在這許多驗證標準環視

之下，造成了各國事業單位執行上

之困擾，但因職業安全衛生管理系

統尚未成為國際標準，因此由英國

標準協會與數個國家標準機構及七

家國際驗證公司合作，共同制定

職業安全衛生管理系統評估系列

標準(Occupational Health and Safety

Assessment Series；OHSAS)，OHSAS

18001於1999年4月15日公佈，此標

準成功的融合了各驗證機構對於安

全管理系統的觀點，並標準化了全

球的系統標準，於是成為目前世界

此領域的共同標準

2.3.1OHSAS 18001標準之特點

1. OHSAS 18001 為便於未來企業在

管理系統方面的整合，採用了與

ISO 14001 環境管理標準的PDCA

架構與內容要求。

2. OHSAS 18001 適用於各類型企

業，未侷限於某些特定的行業。

3. OHSAS 18001並未要求特定的安

全衛生績效，亦即要將工作場所

的安全衛生改善至何種程度，完

全由建立系統的企業自行決定，

因管理系統並未作出任何強制性

的規定，故並未要求硬體的設施

標準。

4. OHSAS 18001所規範的範圍，僅限

於工作場所的「安全衛生」，並

不包含「產品及服務」的本身。

管理系統之比較

企業在國際認證的要求上，

於品質系統有ISO 9001：2000，在

環境管理系統有ISO 14001：2004，

在安全衛生管理系統有O H S A S

18001：1999。其在管理系統認證

的差異為不同的標的物，品質系統

是提供產品服務並追求客戶滿意，

環境管理系統是控制對環境所造成

的衝擊，職業安全衛生管理系統是

控制對於生產活動過程中所引起之

危害及風險如圖5。雖然品質、環

境、職業安全衛生在專業技術上各

有不同的領域，但在架構上均依循

著PDCA的系統循環運作，所以藉

由各管理系統的整合進而發展一以

持續改善為目標的整合性管理系

統。

隨著各種管理系統之改版及更

新，各系統間之相似性逐漸增加。

雖然ISO尚未有整合性之管理標準

發表，但許多作法促使整合工作之

產生。

1.I SO9000所強調之持續改善，亦

為ISO14000及OSHAS18000的基

礎之一。

2. ISO14001新改版改善與ISO9000：

圖3 ISO 14000 環境管理標準系列架構。

圖4 ISO 14001環境管理系統的實施要件。

14030 14010 14020 Guide64

原料

污染物 廢棄物

生產製程 產品

環境管理績效(EPE)

環境稽核(EA)

環境宣告與訴求(EL) (環保標章)

產品之環保標準 (EAPS)

環境管理系統(EMS) 生命週期評估(LCA)

14001/ 4 14040

活動、產品及服務 環境 (企業→全球)

環境影響之持續改善

環境政策

污染預防 環境績效環境管理系統(手冊、管理方案、程序書)

目標、標的

符合法規技術面作業

系統及文件作業

環境考量面

奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

資訊交流

49

2000之一致性。

3. O S H A S 1 8 0 0 0之制訂亦相容於

I S O 9 0 0 1：1 9 9 4及 I S O 1 4 0 0 0：

1996。

4. ISO 19011：2002為可共於ISO9001

及ISO 14001之稽核系統。

管理系統整合之考量因素

Beechner 及Koch (1997)；提出

整合ISO 9001 及ISO 14001條文整理

及提出於現行的品質管理系統的架

構下，推行環境管理系統所需增加

之文件。而Karapetrovic及Willborn

(1998)[22]提出整合模式的建議：

1. 大部份的企業多已實施品質管理

系統，故將環境管理系統及職業

安全衛生管理系統建置在品質管

理系統之架構。

2. 將職業安全管理系統及其他管理

系統結合至環境管理系統。

3. 將相似的品質，環境、職業安全

衛生及其他管理系統同時整合為

整合性管理系統。

4.1管理系統標準與管理系統整合

當執行系統之整合，會因為產

業特性、公司大小及組織資源之

有效性而有不同程度

之合。一般來說，有

兩種建議之整合方式

[3]：

1.部份整合：只有整

合常見的三種管理系

統之共同管理程序。

2.完全整合：除了上述共同管理程

序之整合外，亦基於流程導向及持

續改善來整合其餘相關之部份。

4.2整合時之考量因素

1. 管理系統整合的優點[3, 4, 5]

◆單一化的系統

◆最適化的資源

◆改善的組織績效

◆ 將品質、環境及安全衛生目標整

合於企業政策

◆ 持續改善品質、環境及安全衛生

管理系統

◆ 內部稽核被更有效的運用

Shillito (1995)及Netherwood (1998)

的研究亦指出執行管理系統整合的

優點如下

◆ 提供一個高效率的管理系統避免

重複共同的條文及辨識出組織相

衝突的執行方向。

◆ 經由辨識出組織相衝突的執行方

向並且在同時間能提升與員工較

佳的溝通。

◆ 經由利用較少的管理方式來降低

成本及整合各管理系統的稽核。

◆ 執行整合性的稽核來節省時間及

避免執行重複相同的事情。

而Young (2002) 提出IMS的另一附加

價值來區分單一的管理系統：

◆ 應用並融合於管理流程來擴及至

整個事業群

◆ 採用單一流程於共同的管理系統

要求來避免及降低困擾於管理系

統要求的混淆及資源共享。

2.管理系統整合之理由

◆客戶之要求

圖5 品質、環境與安全衛生系統關聯圖。

附近居民團體、利害關係者

ISO 9001零缺點

相關人員及設備

ISO 14001零污染 OHSAS18001零事故

企業

上游廠商、下游客戶

表1 管理系統的比較表。

標準異同點

ISO 9001 ISO 14001 OHSAS 18001

相異點

標準 國際標準組織(ISO)標準 國際標準組織(ISO)標準 非國際標準組織(ISO)標準

目的 確保產品品質及客戶滿意 環境保護及污染防治保障員工與相關人員的安全與健康

方法 品質管制及流程績效改善 控制或改善環境考量面 控制或降低安全衛生風險

目標 展現品質管理績效 展現環境管理績效 展現安全衛生管理績效

法令 符合客戶需求 符合環境保護相關法規 符合安全衛生相關法規

相同點

◆自主性管理制度與驗證標準。◆都是組織管理標準。◆相同的管理架構。◆需最高管理階層承諾◆均強調全員參與，持續改善及程序管理。◆促使組織資源有效運用。◆皆著重人員認知，且需具備一定經驗和能力。◆透過內部稽核來查核系統執行狀況。◆承諾符合法規(客戶要求)及其他規定，並善盡企業的國際社會責任。

NO.250

2007.07 十四卷

◆資源之有效性運用

◆避免重複工作

3. 當組織決定進行管理系統之整合

時，常被問及之問題有

◆需要的整合層級為何？

◆整合性管理系統如何發展？

◆ 每一個管理系統之何種因子要被

含括？

◆應包含的管理系統？

◆選定的管理流程之導入時程？

◆此系統下之組織概況為何？

模組化整合性管理系統

建立系統時，應整體考量問題

點，勝於個別要件之收集，它可利

於定義系統理論及實務或至少其中

一部份[6]。Jonker和Karapetrovic認

為此一系統為橫向聯結的流程，使

各功能調和及分享共同資源包括人

力、物質、資訊、基礎設施及財務

等(如圖6)。之管理系統模型對於調

合各種不同功能與要求之管理系統

非常有幫助。而且有一重點是，此

一系統流程將一個組織形成一個系

統而非一組功能導向之管理及運轉

系統。因此，它可提供組織由上向

下的觀點，此不只是組織領導階層

所想要，亦可使全員努力來建置整

合性管理系統。最高管理階層從心

接受此一觀念，然後領導全員努力

達成。在此理論下，品質、環境、

安全及其他管理系統均被視為此一

整合性管理系統之不同的形式。

5. 整合性管理系統基本架構

若要進行管理系統的整合可

考量二部份(Jan Jonker, Stanislay

Karapetrovic；2004)[6]

◆ 建立一系統模式進行分析、協

調、結合及整合標準條文的需

求，提供一個彈性的架構，涵蓋

每一個管理系統的基本架構。

◆ 建立一個方法來支持整合的概念

及指導組織朝向整合組織內部的

管理系統。這個方法可以提供

" 如何建立公司自己的整合性的

管理系統(IMS)? "的答案。

6.規劃整合性管理系統

I S O 9 0 0 0、 I S O 1 4 0 0 0及

OSHAS18000等三種標準其作業有

80%雷同，其相似處如下：[3]

◆最高管理階層之承諾

◆文件化及記錄管制

◆政策制訂

◆目標及標的之規劃

◆員工訓練管理程序

◆溝通程序

表2 品質、環境、職業安全衛生管理系統之條款比較。

ISO 9001:2000 ISO 14001:2004 OHSAS 18001:1999

P

4 品質管理系統4.1 一般要求4.2 文件化要求5. 管理階層責任5.1 管理階層承5.2 顧客為重5.3 品質政策5.4 規劃5.5 責任權限與溝通6 資源管理6.1 資源提供6.2 人力資源6.3 基礎設施6.4 工作環境

4.1 一般要求事項4.2 環境政策4.3 規劃4.3.1 環境考量面4.3.2 法令規章與其它要求

事項4.3.3 目標、標的與管理方

案

4.1 一般要求事項4.2 環安衛政策4.3 規劃4.3.1 危害鑑別風險評估

及風險之控制之規劃

4.3.2 法令規章與其他事項要求

4.3.3 目標4.3.4 安全衛生管理方案

D

7 產品實現7.1 產品實現的規劃7.2 顧客有關的流程7.3 設計和開發7.4 採購7.5 生產與服務提供7.6 監控和量測設備的管制

4.4 實施與運作4.4.1資源、角色、責任與權責4.4.2 能力、訓練及認知4.4.3溝通4.4.4文件化4.4.5文件之管制4.4.6作業管制4.4.7緊急事件準備與應變

4.4 實施與運作4.4.1 架構與責任4.4.2 訓練、認知及能力4.4.3 諮詢與溝通4.4.4 文件化4.4.5 文件及資料管制4.4.6 作業管制4.4.7 緊急事件準備與應

變

C

8 量測、分析和改善8.1 概述8.2 量測與監督8.3 不合格產品的管制8.4 資料分析8.5 改善8.5.2 矯正措施8.5.3 預防措施

4.5 檢查4.5.1 監督與量測4.5.2 符合性之評估4.5.3 不符合、矯正措施、

預防措施4.5.4 紀錄之管制4.5.5 內部稽核

4.5 查核與矯正措施4.5.1 績效量測與監督4.5.2 事故、虛驚、不符

合與矯正及預防措施

4.5.3 記錄及記錄管理4.5.4 稽核

A

8.5 改善8.5.1 持續改善8.5.2 矯正措施8.5.3 預防措施

4.6 管理階層審查 4.6 管理階層審查

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51

◆稽核

◆不合符之管制

◆矯正及預防措施

◆管理審查

品質、環境及安全衛生國際標

準，均有其標準之特定要求，當建

置各別系統時，會遵循該依據之標

準來建置，如安全衛生管理系統，

一般會依OSHAS18001之要求建置

工作危害分析流程，又依ISO14001

之要求，撰寫及執行先期環境鑑定

及評估流程；因此，當建置整合性

管理系統時，應考量並納入必要求

各功能之特定要求。

常見之三大管理系統包含品

質、環境及安全衛生管理系統，其

為確保系統之有效性，均要求有流

程導向(Plan-Do-Check-Action)及持

續改善(Continuous Improvement)之

精神 [7]。利用該精神整合各標準之

共同性要求及各功能之特定要求，

而建置一整合性管理系統 (如圖

7)。因此，整合性管理系統應包含

共同之要求及各功能之特定要求。

◆ 先期評估時，確認組織所能承受

之範圍，避免日後受限於組織能

力而無法有效的執行該整合性管

理系統。

◆ 於系統規劃階段，應先確認該整

合性管理系統之核心為何？若核

心要含括不同之功能如安全、環

境或可靠度等，則優先順序亦需

考量。

結論

5.1 使企業進行管理系統的整合的

誘因，明顯的動機來自於提高

企業的競爭力及客戶對於管理

系統推行的要求。而於一企業

中實施多個管理系統卻造成企

業的負擔，所以便迫使企業進

行管理系統之整合以達到：

◆ 各系統之管理體系的簡化來提升

管理效率。

◆減少成本及有效的資源應用。

◆ 協助企業達成品質、安全衛生、

環境與企業經營的各項目標。

◆ 作業流程進行有效的控管，以達到

安全性與可靠性降低企業風險。

目前國內已有企業成功的建

置管理系統之整合，且這已是必然

的趨勢。就企業組織而言，除了有

一完整而有效的整合性管理系統及

最高管理階層之承諾與支持外，提

升管理系統整合建置之效益需考量

下列因素：

◆組織與權責一致化。

◆文件管理系統之有效整合。

◆全體員工的共識與努力。

◆ 績效指標的建立及有效的績效評

估方法。

◆內部稽核制度的整合。

◆企業文化差異。

5.2 企業在各別建立及執行單一管

理系統時，在單一管理系統的

執行上能單純有效的依系統的

圖6 整合性管理系統模組(資料來源：Karapetrovic and Willborn)。 圖7 整合性管理系統之架構。

共通性要求

品質管理系統(Quality Management System, QMS) 供應者、顧客、最終使用者

環境管理系統(Environment Management system, EMS)利害相關者、社區居民

整合性管理系統

職業安全衛生管理系統(Occupational Health and Safety Managementsystem, OHSAS)廠區活動、人員資產

NO.252

2007.07 十四卷

要求執行，但若企業欲推行第

二個甚至於第三個不同的管理

系統時，因管理系統對象物的

不同，無法清楚的有核心要領

的主軸系統，故容易存在著交

叉重疊的問題無法釐清，造成

企業在執行多個管理系統時包

含人力、時間、財力及資源成

本的浪費。若以一管理系統為

主軸，再將其他管理系統進行

合併規劃時，能達更佳的整合

效益。

5.3 自環境管理系統 ( ISO 14001：

2004)改版，增加了與ISO 9001之

相容性後，職業安全衛生管理

系統(OHSAS 18001)也已於2007

年5 月通過OHSAS 18001：2007

年版之標準，預計於2007年6

月底或7月初正式發行，於國

際通行的管理系統標準仍努力

的在進行系統的整合，增加相

容性，以便企業進行品質、環

境管理系統之整合，顯而易見

的，管理系統的整合絕對是日

後企業經營所需，增加競爭力

的世界性趨勢。

參考文獻

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[6] J a n J o n k e r , S t a n i s l a v Karapertrovic, "Systems thinking for the integration of management sys tems" , Bus iness Process Management Journal, Vol. 10, No. 6, pp. 608-615, 2004.

[7] I . A . B e c k m e r h a g e n , S . V. Karapetrovic, W.O. Willborn, "Integrat ion of management systems: focus on safety in t he nuclear industry", International Journal of Quality & Reliability Management, Vol. 20, No. 2, pp. 209-227, 2003.

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53

摘要

早期廠務系統設施的故障診

斷，是由維護工程師根據設備運

轉監控系統傳來的異常警報，以

及利用自己知識和診斷經驗，進

行分辨判斷故障發生的原因，提

出排除故障的方法與策略。但對

於半導體業而言，其高成本的投

資，加以營運管理風險高，廠務

系統複雜度提高，使得廠務工程

師對設備迅速進行故障診斷及縮

短維護時間以增加稼動率之要求

提高。

廠務系統中監控整合系統

(Facility Monitoring and Controlling System， FMCS)為其中最重要之一環，現場運轉狀況或異常可藉

由感測器或儀表等即時呈現於監

控系統並發出警報，以便值班人

員或系統負責人立即進行處理。

早期監控系統並未受重視，但由

歷年異常事件彙整統計分析，

可發現隨著監控系統逐漸增加統

計、管理及決策分析等功能，監

控系統異常可能導致全廠或大部

分廠務系統失效(或故障)，同時造成產能及良率嚴重影響及損

失，近年業界發生全廠控制系統

失效異常之案例已逐年增加。

前言

失效模式與效應分析 (Fai lure

Mode and Effects Analysis，FMEA)是

用來分析系統內潛在及高重要性之

失效模式，並對此失效可能造成之

後果及影響提出適當之改善措施，

以防止失效(故障)的發生，避免人

員安全及財產損失。

長遠則提供改善後廠務監控系

統架構及設計理念，於建廠階段完成

修正，即所謂Design-in觀念，如此除

可減少營運階段投入之改善成本，且

可減少異常產能損失，兩者效益差距

約百倍，即是設計或建廠階段導入安

全聯鎖設計其效益最佳。

風險評估原理及分析方法

廣義而言「風險」(Risk)係指對

於某些特定之有形(人員、設備、

環境)或無形(公司或政府形象)的對

象，在某一段時間內因遭受某些危

害而可能對其價值造成損失之機

率。此處之危害指的是具潛在特

性，會造成人員死亡、職業性傷

害、職業病；或可能造成重大財產

損失、生產停頓；或對附近社區和

居民構成傷害、不適或恐慌的物

質、設備或操作。

通常我們會以成本效益分析來

FMEA應用於降低廠務監控系統運轉風險之探討-以半導體廠氣體化學系統為例張榮哲1、張翼2、戴寶通3

聯華電子1、國立交通大學材料科學與工程學系2、國家奈米元件實驗室3

圖1 ALARP與風險改善過程圖。資料來源：[7]

NO.254

2007.07 十四卷

做是否進一步執行風險改善之決

策標準，當評估出某次改善付出之

代價將超過該次改善後風險降低所

能回收之成本時，公司或政府將會

認為此種活動不值得進行任何進一

步之風險改善，此時之最低風險值

稱為「(可接受之)風險下限」；至

於「風險上限」係指在任何情況下

某活動(或計畫)之風險值均無法接

受，一般的風險上下限及ALARP之

關係可參考圖1。

所謂的風險評估，就是將各種

危害源周遭區域可能遭受影響之對

象(人員、設備、環境)，將其所承

受之風險予以排序並量化，如圖2

所示，並與前述預先訂出之風險上

下限進行比較，對於無法接受之風

險(超出風險上限)，吾人可採取各

種工程或管理手段予以改善。當需

改善之項目不止一項時，可利用以

風險及成本排序所訂出之風險決策

矩陣來決定風險改善之優先順序，

如圖3所示。

對於位於ALARP區域內(介於上下

限之間)之風險，當操作有所更動或

製程設備更新時，需定期重新予以評

估以確認風險不至於擴大，由此可知

風險評估為一持續性的計畫。

半 導 體 廠 務 監 控 系 統

( F M C S )及安全聯鎖系統

(SIS)介紹

3.1 廠務監控系統暨安全聯鎖系

統概念

廠務監控系統(FMCS)由SCADA

監控系統、可程式控制器 ( P LC -

Baesd、PC-Based)、電腦主機或伺

服器、監控網路、警報管理品質統

計及資訊管理等決策支援系統、控

制盤、訊號及控制電纜、控制儀表

及相關附屬設備等等所組成，如圖

4所示為監控系統架構圖。

管理 M a n a g e m e n t 人機

介面 S C A D A / H M I 網路通訊

Network&Communication 控制Logic

Solver/Control 儀表/感測/負載 Field

Instrument/Sensors/Load

主電腦資訊管理軟體 操作與

監控裝置系統 網路通訊架構、電

纜 控製器：PLC、IPC、嵌入式系統

等 開關、感測器、馬達訊號轉換

器、驅動器

FMCS其監視及控制對象為廠

務整廠運轉及供應設施，包括無塵

室潔淨度及溫溼度控制、製程排氣

系統、超純水供應、電力供應系

統、氣體供應系統及毒氣洩漏偵圖2 風險等級矩陣圖。資料來源：[7] 註：ALARP (As Low As Reasonably Practicable)

改善優先等級

成本指標

E D C B A

5-極嚴重 5 5 6 7 8 9

4-重大的 4 4 5 6 7 8

3-劇烈的 3 3 4 5 6 7

2-嚴重的 2 2 3 4 5 6

1-顯著的 1 1 2 3 4 5

圖3 風險決策矩陣圖。資料來源：[7]

註： 優先等級7, 8, 9為重大安衛考量面；優先等級小於5者可不列入追蹤

事件頻率(YR-1) 10-7

極不可能10-6 10-5

非常不可能10-4 10-3

不可能10-2

有可能10-1

極有可能1通常

5-極嚴重4-重大的3-劇烈的2-嚴重的1-顯著的

無法忍受的 ALARP

大致可接受

結果分類

圖4 監控系統階層圖。資料來源：本研究整理

管理Management

人機介面SCADA/HMI

網路通訊Network&Communication

控制Logic Solver/Control

儀表/感測/負載Field Instrument/Sensors/Load

主電腦資訊管理軟體

操作與監控裝置系統

網路通訊架構、電纜

控製器：PLC、IPC、嵌入式系統等

開關、感測器、馬達訊號轉換器、驅動器

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55

測、化學品供應系統、尾氣處理、

廢水處理、火警消防系統、緊急應

變系統…等。如圖 5 所示為廠務整

合監控系統(FMCS)之架構圖。

3.2 一般製程控制系統(BPCS)及

安全聯鎖系統(SIS)介紹

廠務監控系統區分為提供廠務

設施如超純水供應、高低壓電力、

氣體化學品供應及無塵室溫溼度等

系統運轉穩定及品質維持的一般

製程控制系統(Basic Process Control

System, BPCS)，及與廠務系統安全

機制相關的控制系統，即稱安全

聯鎖系統(Safety Interlock System,

S IS )，或稱安全儀錶系統 (Sa fet y

Instrumented System, SIS)。

SIS是指包括感測器(Sensor)、

儀錶 (Meter)、邏輯控制器 (Logic

Solver)和最終執行元件(Final control

element)等等，按照一定的整體性

安全度等級(Safety Integrity Level, SIL)

能實現一個或多個安全儀錶功能

(Safety Instrumented Function, SIF)的

系統。它是製程過程中的一種自動

化安全保護系統，能對設備運轉過

程中可能發生的危險(超出安全限

定)及不採取措施會繼續惡化的狀

態進行及時地回應和保護，使其進

入預定的安全停止狀態，從而確保

人員、設備、生產和裝置的安全。

很多人對安全聯鎖系統的概念

僅限於監控系統的控制器部分，

這只是局限性的，也有悖於國際規

範對安全聯鎖系統的定義。近年來

除了損失預防控制相關的國際規範

如FM 7-45建議安全相關的儀錶系

統必須遵循安全整合等級(SIL)執行

設計外，歐美國家於可程式監控

系統設置相關工程實務規範如IEC

61508、IEC 61511及ANSI/ISA-84.01

等皆建議監控系統若執行安全功

能，必須依據SIL給定需求規格，才

能達成預期的風險降低值，符合工

業界實務及公司內部規範的危害風

險可接受數值。如圖6所示為SIS之

範例。

3.3 安全整合等級(SIL)之介紹

安全整合等級(Safety integrity level,

SIL)就是安全聯鎖(儀錶)系統的設計

規格項目之一，系統或製程設備之

相關監控的聯鎖系統，必須先經由

製程危害分析方法系統化的辨識出

SIS，並依據製程危害分析結果決

定特定SIS所必須達成的危害風險

降低量，並依據其給定安全完整性

等級規格。經由安全整合等級的給

定，則此安全系統的設計、操作與

維護皆必須依循工程實務的規範建

議事項與驗證方法確實執行，藉以

確保符合所給定的安全整合等級。

3.4 監控系統安全整合等級(SIL)

之要求

為使監控系統達成危害風險降

圖6 安全聯鎖系統範例(黃色屬SIS)。資料來源：Emerson網站及中華工控網

圖5 廠務整合監控系統(FMCS)架構圖。資料來源：[SIEMENS]

NO.256

2007.07 十四卷

低至可接受的程度需求，因此將執

行安全相關功能之SIS系統的可靠度

需求分為四級安全整合等級(SIL)，

如表1所示，可依據不同的SIL等

級，研擬後續監控系統採購、設

計、操作與維護之安全需求規格。

等級愈高則要求潛在危害事件發生

的可能性須愈低。表2顯示由定性

的觀點可以很容易的知曉安全整合

等級的給訂需求與潛在危害對於公

司生產停頓、財產損失、人員傷亡

與環境衝擊之嚴重程度有關。

因此如果SIL等級需求愈高，意

謂執行安全相關功能之SIS系統的可

靠度越佳，發生故障失效的機率越

低，亦即危害風險降低的程度愈大

才能達到合理可容忍的危害風險。

失效模式與效應分析

(FMEA)概論

本論文研究分析對象以新竹科

學園區某8吋半導體廠為例，針對

廠務設施中危害性及有害性相對較

高之氣體及化學品供應系統，藉由

系統本身及中控室監控整合系統

(FMCS)角度，進行全面性失效模式

與效應分析(FMEA)。

以往對廠務設施FMEA分析往

往僅考量單一系統如矽甲烷(SiH4)

特氣供應或硫酸(H2SO4)化學品供

應，本研究藉由廠務氣體監控系

統及化學品監控系統之納入，得以

全面性以上下層觀點進行更深入

之FMEA分析，期望以此方式可協

助找出以往忽略之失效模式，特別

是由控制器層引發之共同失效原因

(Common Cause Failure)，進而研討

改善策略並進行改造，以達到提升

系統供應穩定度及可靠度，降低異

常損失成本及運轉風險之目的。

4.1 失效模式與效應分析(FMEA)

介紹

所謂『失效模式與效應分析

(Failure Mode and Effects Analysis，

FMEA)』，為生產或運轉過程中一有

系統的跨功能小組進行的事先預防活

動，其目的為認識及評估一製程或系

統的潛在失效模式及其影響，確認可

以消除或減少潛在失效發生的改善措

施，並將此過程文件化。

FMEA 是一種防患於未然的可

靠度管理技術，若能落實執行，不

但可有效防止失效的發生，以提昇

系統、產品或製程的可靠度，且因

其採取風險評估等級來決定資源投

入的優先順序，所以能夠以最經濟

的成本，來獲得最佳的改善效益，

使廠房的資源能做最有效的應用。

本研究之FMEA分析表範例，

見表3所示。

4.2 現行廠務系統設施失效處理

方式與潛在問題分析

本次研究調查發現，現行高科

技產業(半導體廠、光電廠)廠務設

施其對於失效的處理模式大致可分

為：事後維護(故障修理)、再發防

止(平行展開) 、事後維護(失效備援)

與預發防止(預防保養)等四類[3]。

本次分析之個案廠，其在氣體

供應及化學品C.C.S.S.供應系統失效

處理方式上，即採用事後維護(故

障維修)及預防維護等方式。但此

二方式，皆存在其弊端，無法真正

表1 監控系統 SIL之可靠度要求。資料來源：[IEC61508-5]

Safety Integrity Level(SIL)

可用度需求Availability Required

要求作動失效機率Probability of faiure on demand(PFD)

預期風險降低量Risk Reduction Factor(1/PDF)

SIL4 >99.99% 10-5<PFD<10-4 10-4<1/PFD<105

SIL3 99.90~99.% 10-4<PFD<10-3 10-3<1/PFD<104

SIL2 99.00%~99.90% 10-3<PFD<10-4 10-2<1/PFD<103

SIL1 99.00~99.00% 10-2<PFD<10-1 10-1<1/PFD<102

表2 由定性的觀點考量SIS的SIL需求。資料來源：[8]

Safety Integrity Level(SIL)

安全連鎖系統故障的潛在後果

SIL4 周遭社區極嚴重的衝擊(Catastrophic Community Impact

SIL3 員工與社區衝擊(Employee and Communiyt Impact)SIL2

SIL1公司重要財產與產品之保護，或可能造成員工傷害(Major Property and Production.Possible Injury to employee)

SIL1公司較不重要的財產與產品保護(Major Property and Production Protection)

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57

有效提昇系統可靠度與維護效益。

因此，本研究藉由 FMEA 之分

析與落實，以消除目前於可靠度處

理方式上的盲點與弊端，有效提昇

系統之可靠度及維護效益。本研究

考量再發防止經驗及FMEA分析之

預發防止解析，並以量化風險優先

指數評估改善順序，於風險降低可

靠度提升效益可達最適化。

廠務監控系統FMEA分析流程

本節將詳細說明建構某半導體

廠務設施特氣及化學監控系統之

FMEA 分析模式，相關程序制定及

表格建立等。為了能有效地反應出

該廠監控系統之失效特性，FMEA

分析方法建立的準則將以一般性的

FMEA 分析手法為依據，但做部份

的修改。

建立流程如圖7所示，相關之

步驟及作業內容詳述如下：

Item/Reqirements/

Process/Function

PotentialFailure

Mode(s)

PotentialEffect(s) of

FailureSeverity Class

PotentialCauses(s)/

Mechanism(s) of Failure

ce Occurren

Current ControlsDetection Detection R.P.N.

Preventive Controls

Detective Controls

PLC控製器-CPU Module

控製器硬體功能異常

監控功能失效、聯鎖安全 機 制 失效、特氣供應中斷影響生產機台

8

1、 CPU模組長運轉屆齡老老故障

2、 電源模組供電不穩造成壓降或停電

3、 程式運算異常或 I / O、CCMM異常造成

4、 程式修改備份 Up load/Download流程錯誤造成CPU程式Loss或執行錯亂

2

1、建立CPU模組備品2、建立緊急應變流程3、電源模組定期汰換4、 定期PM點檢及 IR溫度量測5、控制器模式操作需依S O P操作6、程式修改備分Upload/Download建立SOP

1、 值班人員由監控系統即時監看

2、 每月PM點檢及IR溫度量測

3、 定期檢查P L C Error Code

10 160

PLC控製器-CPU Module

控製器軟體功能異常

監控功能失效、聯鎖安全 機 制 失效、特氣供應中斷影響生產機台

8

1、CPU模組長運轉屆齡老老故障2、電源模組供電不穩造成壓降或停電3、程式運算異常或I/O、CCMM異常造成4、程式修改備份 Upload/Download流程錯誤造成CPU程式Loss或執行錯亂

2

1、建立CPU模組備品2、建立緊急應變流程3、電源模組定期汰換4、定期PM點檢及IR溫度量測5、控制器模式操作需依SOP操作6、程式修改備分Upload/Download建立SOP

1、 值班人員由監控系統即時監看

2、 每月PM點檢及IR溫度量測

3、 定期檢查P L C Error Code

10 160

PLC控製器-CPU Module

I / O監控及控製制功能失效

監控功能失效、聯鎖安全 機 制 失效、特氣供應中斷影響生產機台

6

1、模組長運轉屆齡老老故障2、 電源模組供電不穩造成壓降或停電3、I/O控制迴路接點斷線4、I/O控制電源中斷

3

1、建立I/O模組備品2、建立緊急應變流程3、高重要性影響度大模組定期汰換4、定期PM點檢及IR溫度量測

1、 值班人員由監控系統即時監看

2、 每月PM點檢及IR溫度量測

3、 定期檢查P L C Error Code

10 180

表3 FMEA 分析表格範例。資料來源：本研究整理

圖7 監控系統之 FMEA 建立流程圖。資料來源：本研究整理

FMEA執行專案召集小組

界定系統分析之範圍及分析水準

列出各製程相關品質特性或潛在缺點項目

建立系統可靠性或機能性關聯圖

分析系統失效(故障)模式與失效效應

分析系統失效(故障)模式與失效效應

分析失效模式對客戶的影響並評估其嚴重度Severity(S)

分析引起失效模式發生的原因並評估其發生度Occurrence(O)

分析現行失效模式的管制辦法並評估其難檢度Detectability(D)

計算風險優先指數(RPN=S*O*D)

依風險優先指數RPN較大者研擬改善措施

完成FMEA分析表

執行改善並重新評定改善措施之RPN

執行改善並重新評定改善措施之RPN

RPN是否符合要求

Yes

No

依FMEA分析結果檢核各相關部門及人員是否確實依改善後措施執行(Audit)

標準化文件及教育訓練(SOP&Training)

NO.258

2007.07 十四卷

(1) 成立 FMEA 專案作業小組：依據

專案執行內容，遴選適當之人員

成立作業小組。其成員包含個案

廠廠務部門主管、各廠氣體化學

工程師、各廠監控系統負責人。

(2)界定系統分析之邊界範圍

(3)實施 FMEA 作業訓練

(4)決定系統分析水準

(5) 建立系統可靠性或機能別關聯

圖：系統可靠性之關聯圖是解析

可靠性的基本知識，是了解系統

構成品間之機能關係。藉由關聯

圖的建立，可清楚地了解到下層

次一旦發生失效(故障)時，其對

於上層次所造成的影響(衝擊)為

何？可無所遺漏地逐層檢驗系統

上所發生的故障和影響。本次研

究所建立的系統可靠性關聯圖如

圖8所示。

(6) 分析系統失效模式與失效效應：

專案小組依據步驟(6)所建立之

系統可靠性及機能別關聯圖，以

研討的方式列出關聯圖最低層次

之所有失效元件的失效模式與失

效效應。並將每一失效元件名

稱、失效模式及失效效應依序填

入 FMEA 之分析表中。

(7) 分析系統失效模式之嚴重度：專

案小組根據系統實際失效記錄及

SEMI-S10(半導體設備和材料安全

標準指引)，針對所有失效元件

之失效模式，評定其失效後所造

成之停產時間。再由停產時間與

Ranking(級別)

Happened Frequency(發生頻率)

Possible Failure Rate(可能發生失效率) CpK

(製程能力指標)Operation Construction

10 Multiple times a dey(一天內發生數次)

≥1/2 ≥1/2 <0.33

987

Daily(每天會發生)Weeky(每週會發生)Bi-Weekly(每兩週會發生)

1/31/8 1/20

>1/31/41/5

≥0.33≥0.51≥0.67

6 Monthly(每月會發生) 1/80 1/10 ≥0.83543

Quarterly(每季會發生)Swmiannually(每半年會發生)Annually(每年會發生)

1/4001/20001/15000

1/201/301/40

≥1≥1.17≥1.33

2 <1 in 2 years(2年內發生次數<1次)

1/150000 1/50 ≥1.5

1 <1 in 2 years(2年內發生次數<1次)

1/1500000 1/100 ≥1.67

圖8 特氣監控(含洩漏偵測)及化學監控系統可靠性關聯圖。資料來源：本研究整理

Power Distribution市電/緊急電源供電迴路

安全聯鎖SIS複聯 Redudant PLC

圖控軟體

SPC軟體

PLC I/ODriver程式

主機板/CPU

硬碟

RAID硬碟陣列備援

記憶體

顯示卡

音效卡

網路卡

串列通訊卡/轉換器

SCADA/HMI監控電腦子系統

Logic Solver/Controller控制器子系統

Sensor/Instrument感測器、儀錶

集線器HUB

光纖光電/纜線轉換器

同軸電纜

光纖(optical fiber)

絞線UTP/STP

接頭(BNC、RJ-45、SC/ST)

Network Communications通訊網路子系統

電源開關NFB

AD/DC電源供應器

控制用繼電器

保險絲FUSE

變壓器

照明

散熱風扇

Remote I/O模組

通訊COMMModule

I/O Module(DI/DO/AI/AO)

電源Power Module

CPU Module

PLC程式

備援Battery

A I -感測器S e n s o r或探則器...等

D I -開關或電 磁 接 觸器 或 繼 電器Relay 或設 備 乾 接點...等

Final Elementa 最終控制元件

DO-開關或電磁接觸器Relay...等

A O - 閥( Va l v e )及類 比 控 制器...等

表4 嚴重度(S)給分表。資料來源：某個案廠

表5 發生率(O)給分表。資料來源：某個案廠

Ranking(級別)

Description(敘述)

Cost toss IssueProdurting Time

Delay Issue

10

9

整個生產線停線或極重大工安/環保事故或造成人員死亡影響多生產機台>50台或發生廠務重大異常事件vv或造成賽員永久失能無法工作

>NT$ 1000萬

<NT$ 1000萬

>7天

<7天

8

7

6

5

影響多產機台<50台或重大工重大工安/環保事故或發生廠務重大異常事件影響多生產機台<30台或重大工安/環保事故或造成人員一年以上失能無法工作影響多生產機台<20台或嚴重工安/環保事故或造成賽員半年以上失能無法工作影響多繼產機台<10台或發生廠務/工安一般異常事件或造成人員一季以上失能無法工作

<NT$ 500萬

<NT$ 200萬

<NT$ 100萬

<NT$ 50萬

<2天

<24小時

<12小時

<4小時

4 影響多生產機台<3台或虛驚工安/環保事故或造成人員一週以上失能無法工作

<NT$ 50萬 <2小時

3

2

1

影響單一生產機台或發生工安虛驚事件或造成人員一週以下失能無法工作影響非生機台或發生工安虛驚事件或造成人員一天以下無法工作幾乎沒有影響

<NT$ 10萬

<NT$ 5萬

<NT$ 1萬

<1小時

<10分鐘

短暫波動

奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

資訊交流

59

表4給分表，以決定每一失效模

式之嚴重度分數，並將此分數記

錄於 FMEA 之分析表中。

(8) 分析系統失效模式之發生率：專

案小組依據實際系統失效記錄及

SEMI-S10(半導體設備 和材料安

全標準指引)，針對所有失效元

件之失效模式，評定其 失效發

生次數。再由失效發生次數與表

五給分表，以決定每一失效模式

之發生度分數，並將此分數記錄

於 FMEA 之分析表中。

(9) 分析系統失效模式之難檢度：

採用個案廠廠務經驗值及FMEA

team討論後，完成表6難檢度分

析表。

(10) 決定系統失效模式之風險優先

指數：專案小組經由步驟(10)得

到嚴重度、發生率、難檢度三

評分要項之權重值。並根據步

驟(7)、(8)、(9)所建立之各失效

模式嚴重度、發生度、難檢度

分數。透過風險優先指數之計

算公式，以決定每一失效模式

風險指數，並將此計算結果記

錄於 FMEA 之分析表中。有關

風險優先指數之計算公式為：

失效模式之風險優先指數(RPN)

＝失效模式之嚴重度分數(S)×

失效模式之發生度分數(O)×失

效模式之難檢度分數(D)。

(11) 決定系統失效模式之風險等

級：專案小組依據步驟(10)所計

算出的失效模式風險優先指數

資料，做指數與失效模式項數

間的統計圖，其失效模式之風

險優先指數分佈為一趨近於常

態分佈(中間高兩邊低)的特性。

定義此指數排序的前1/5屬高風

險等級失效模式，最後1/5屬

低風險等級失效模式。此方式

乃考量有限資源之利用採80/20

法則，即風險優先指數(RPN)較

高前10~20%比率項數佔有整體

80%左右。

(12) 研擬改善或管制措施：以研討

的方式，結合專案小組人員(廠

務部門主管與技術人員)之集思

廣義，考量現行個案廠可用資

源(人力、物力及財力)，針對每

一失效模式提出具體可行的改

善策略，並經小組成員(系統設

計師)之評估後，填入 FMEA 之

分析表中。

(13)完成 FMEA 分析表

(14)PDCA持續進行FMEA分析改善

依建議改善方式執行後重新計

算原 FMEA 分析表S、O、D數值及

RPN加總值，應較原有RPN值降低

甚多；依序重新完成前述(1) ~ (14)

步驟以達到持續改善功效。

個案廠務監控系統

FMEA 分析結論

依據本次研究所產出之特氣

Ranking(級別)

機台/系統

Descripton(敘述)監控系統

SPC管制系統

日常巡檢

日常巡檢

PMM系統

客戶訴怨

10

9

8

7

6 ✽

✽

✽

✽

✽ 客戶使用端發現異常，且會造成產品報廢或政府權責單位之抽查臨檢或完工移交使用單位後才發現年度(6~12個月)保養才會被發現或業主要求承商高層至現在督導或會同使用單位驗收時才發現半年度(3~6個月)保養才會被發現或主辦人員之主管之定期或不定期巡檢季(1~3個月)保養才會被發現或工安單位之定期或不定期巡檢每月(7~31日)巡檢或PM才會被發現或協議會(或安衛會議(成員之定期聯合現場巡檢

5

4

3 ✽

✽

✽

每週(1~7日)巡檢或PM才會被發現或主辦人員之檢點日常現場巡檢每班/日巡(0~24hr)或PM才會被發現監工監造或施工過程中，承商現場管理幹部工安自主管理及現場巡檢ON-line SPC系統警報或現場有儀器監測及監工監造或設計/發包需求會簽/送審完原時

2 ✽監控系統之異常警報或設計規劃及法規檢討階段

1 ✽監控系統之異常警報或設計規劃及法規檢討階段

表6 難檢度(D)分析表。資料來源：某個案廠

NO.260

2007.07 十四卷

GMS監控系統及化學CMS監控系統

FMEA 分析表文件可得知，系統失

效模式達到高風險等級的，以風險

優先指數(RPN)大於80項次優先改

善，共計8項。

改善措施擬定方式，為透過個

案廠 FMEA 跨機能別小組之集思廣

義，考量該廠現行對於系統可靠

度之處理方式及可運用之資源(人

力、物力及財力)後所提出。所提

出之方案須經儀控工程師評估其執

行後之預期效果，及風險優先指數

是否下降，表示改善方案確實可有

效提昇系統的可靠度，值得推行。

彙整結果8項 RPN>80 之項目經執行

改善後其RPN皆符合預期下降至可

接受風險程度下。

改善措施中導入安全聯鎖系統

(Safety Interlock System, SIS)以改善既

有廠務中央監控BPCS可靠度及可用

度較差之盲點；另外方案為針對長

期不間斷運轉之廠務系統及中央監

控系統，挑選風險高故障影響度較

大之程式軟體錯誤或硬體備援不足

處，安排於年度維修或可停機時段

進行軟體修正及硬體架構或汰換。

依前節FMEA分析中風險優先

指數最高前8項彙整結果，並參考

IEC61508、IEC61511國際規範要求，

可評估並歸納出營運階段半導體晶

圓廠廠務監控系統最迫切急需改善

之高風險項目，統計詳如表7所示。

結論與建議

7.1 研究結論

最後，由本次研究分析之結果

可得到三點結論，茲分述如下：

一、 半導體業界廠務特氣(含洩漏

偵測)及化學監控系統普遍性

安全整合等級設計不足，且控

制系統安全功能設計多未完整

考量可靠度及可用度。業界歷

年因監控或儀控系統異常造成

之異常事件甚多，整廠性影響

案例亦不少。

二、 個案廠針對廠務監控系統失效

(故障)採取事後維護(故障維修)

及再發防止等措施來因應，實

無法有效提高系統之運轉可靠

度及可用度。本研究考量再發

防止經驗及FMEA分析之預發防

止解析，並以量化風險優先指

數評估改善順序，於風險降低

可靠度提升效益可達最適化。

三、 文件化及標準化

(1) 前述監控系統之FMEA分析流程、

解析步驟及改善措施擬定與執行

等研究結果，必須建立標準操作

流程以便將Know-How分享與其

餘半導體業界參考，以提升業界

監控系統可靠度及可用度水準。

表7 營運階段監控系統高風險改善措施。資料來源：本研究整理

項目 需求規格/改善措施系統架構(Architecutre) SIL-1~SIL-4架構需有多重性設計(Redundancy)

設備元件規格風險評估管理制度與機制的建立

SIL-1以上之監控應用系統必須使用下列任一方法執行系統潛在危害事件的辦識與風險分析-FTA、FMEA、ETA、CCD

分離性設計(Separation)

1、 SIS功能與BPCS採運作功能分離，避免同時失效或互相干擾

2、 現場量測裝置、最後作動元件及邏輯處理器採分離設計

3、 SIS功能與BPCS或其他設備的通訊採分離設計

訊號通訊設計之安全考量1、 BPCS與SIS無通訊連絡，採分離設計2、 BPCS與SIS無接點配置3、 SIS具寫入保護

多樣性應用設計(Diversity)

1、 BPCS與SIS無線迅聯結，採分離設計2、 不同技術、不同供應商或製造商之商品，相同製造商之兩種產品

3、 不同程式設計人員完成之AP

共同失效原因考量(Common Cause Failure)

常發生於多種性設計時未加以考量，可能為：規劃給定錯誤、軟硬體設計錯誤、HMI設計不當、環境因素、維修不當

失誤率與失誤模式(Failure Rate and Failure Modes)

符合User Approved Safety的選擇判斷基準

異常診斷功能(Diagnostics)1、 Comparing Redundant Signals2、Watchdog

t imers ,S igna l Compar ison, End-of - l ine Detection

安全功能測試頻率(Function Test Interval)

1、 影響SIS可用度數值之因素：安全功能測試的時間間隔、診斷異常的設高元件平均修復時間

2、 可依供應商逼議、工程實務規範及過去實際廠操作經驗決定

人機介面考量(Human Machine Interface,HMI)

人機介面需求規格

軟體安全考量 軟體安全需求規格

奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

資訊交流

61

(2) FMEA分析為活的文件，必須持

續進行PDCA持續改善流程，以

達到風險持續降低，失效損失

亦降低之效益最大化。

7.2 研究建議

根據以上的結果與分析，本研

究對後續研究者提出一些建議：

(1) FMEA是一個大工程，不建議獨

立來作，運用團隊力量可以又

快又好的完成(Work Smart, Not

Work Hard)。另外在實施FMEA之

前，最好能由公司出面整合，

調查過去的歷史資料將嚴重

性、發生率及難檢度的等級明

訂出來，以便維持評價的一致

性和凝聚共識。

(2) 嚴重性(S)、發生率(O)及難檢度

(D)為相對值並非絕對值，並無

業界統一標準(絕對值)，主要為

不同產業間對相同失效模式及失

效效應有不同損失容忍度及定

義，故無法一體適用。FMEA著

重在依循80/20原理找出高風險

優先指數(RPN)，先執行改善措

施並重新計算RPN，重複FMEA分

析流程進行PDCA持續改善，如

圖9所示，直到風險達到合理及

公司可接受範圍為止。

(3) FMEA推行時機愈早愈好。根據

美國汽車工業小組的調查統計

報告，『客戶滿意的品質槓桿

研究』指出，在產品推出到市

場的過程中，愈早投入品質的

努力，愈能令客戶滿意，品質

回收的利益亦愈大。

參考文獻

[1] 小野寺勝重原著，實踐FMEA手法 - 提升產品或系統的可靠性、維護性和安全性，張書文 譯著，中衛發展中心，台北，2001。

[2] 鈴木順二郎、牧野鐵治、石坂茂樹原著，FMEA、FTA 實施法–故障模式，失誤樹之解析與評價，先鋒企業管理發展中心

譯著，桃園，2001。

[3] 陳俊維，「FMEA應用於提昇潔淨室 H.V.A.C.系統可靠度之研究」，成功大學資源工程學系，碩士論文，2004。

[4] 黃建彰，「半導體製造業晶圓廠設施安全評估 - 正壓設施」，行政院勞委會勞工安全衛生研究所委託研究報告，2000。

[5] 龍仁光 編著，P L C與網路監控，高立圖書，台北，2005。

[6] 鄭書湧，「以專家系統應用在廠務監控系統之研究 - 以廢氣處理系統為例」，成功大學工程管理碩士在職專班，碩士論文，2004。

[7] 蔡槐庭，游輝祥，「程監控應用系統設計功能性安全設計簡介」，工研院環安衛中心，2003。

[8] 蔡槐庭，游輝祥，「程監控應用系統安全指引制訂暨警報管理系統效能改善計畫」，期末報告，工研院環安衛中心，2003。

[9] 王世煌 編著，工業安全風險評估，揚智文化，台北市，2002。

[10] International Standard DIN IEC 60812 Ed. 1.0 b:1985 , "FMEA".

[11] International Standard IEC 61508 , "Functional Safety", 1998 & 2000.

[12] Internat ional Standard IEC 61511, "Functional Safety", 2003.

圖9 FMEA之PDCA持續改善圖。資料來源：本研究整理

NO.262

2007.07 十四卷

本次活動自3月7日起程前往埃

及開羅機場，參觀金字塔與埃及

博物館後轉往路克索(Luxor)參加會

議，3月10日報到及參加reception

和大會開幕式及p a n e l s e c t i o n

lecture 其中10至17日 參加各相關

section的論文發表，口頭發表文章

並與各與會人士進行交流及討論，

並參加大會舉辦之活動3月18至21

日 參觀埃及Aswan 後返國。

此NanoTech Insight2007會議

係由國際知名學者在埃及路克索

(Luxor)所共同舉辦的奈米技術相關

之重要會議，希望藉由世界各先進

國家奈米技術來提昇其他落後國

家的研發並針對目前奈米科技的重

要發展及相關資訊予以交流。因此

具有相當的重要性與國際能見度，

順此可推升奈米實驗室的知名度；

於是本人亦就目前主計畫之奈米光

學相關成果整理一篇文章發表，並

鑑於實驗室新策略口頭發表論文為

重，選擇且獲取口頭發表的機會。

雖然未能獲取主計畫經費的補助，

但猶把握此難得之機會，毅然前往

此陌生和古老的國度，其中心情可

謂百般雜陳。所以，除發表論文

外，亦搜集奈米相關之先進技術發

展資訊並與各國研究團隊相互充分

交流；同時也利用此一機會進行此

文明古國的接觸之旅。

本次的議題如下，從中我選擇

Optoelectronics & Photonics, nano-

fabrication and Technology兩領域做

為新知搜集的重點。

Topics include:

• Bio-applications

• Fabrication

• M e d i c a l & P h a r m a c e u t i c a l

Applications

• Nano Applications for Clean and

Renewable Energy

• Nano Ethics / Environmental Impact

• Nanomaterials & Structures

• NanoTech For Industry

• NanoTechniques

• Optoelectronics & Photonics

• Simulation & Molecular Dynamics

在這次的會議中共137篇oral

及174篇poster，其中有3篇的文

章是來自台灣，而本實驗室的

同仁共發表了1篇論文，我所發

表的文章為200nm Multi-Layer Cu

metal processing in metallic photonic

crystal fabrication using E-Beam direct

writing and Hydrogen Silesquioxane

resist是屬oral presentation. 這次

的論文聽講中，發現來自Pa n e l

lecture, Nano-optics and technology

section的幾篇文章，幾乎對目前所

進行的研究相當的啟發與導引，無

論是製備的方式、結構、應用及理

論均有些不同的見解。因此可以提

供不錯的激盪；其他如新加坡香港

及大陸亦有相當不錯的研究成果，

發覺奈米科技的世界競爭及投入是

越來越激烈。

此次至埃及參加會議係為第一

次，雖然對埃及並不陌生，但百聞

不如一見；發現埃及社會城鄉差距

甚大，人民生活水準不高，守法及

秩序觀亦不佳，因此頗多為討生活

所延伸的欺騙等現象令人感覺很不

舒服。不過古文明的偉大及壯觀和

美麗樸素的尼羅河真是令人印象深

刻，所以花了蠻多時日參觀及欣

賞；但後幾日卻有一種迫不及待回

國的感覺，總之此趟會議令人有頗

多感觸。

NanoTech Insight 2007國際會議參加記述吳世全國家奈米元件實驗室

奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

相關學術會議報導

63

IEEE國際固態電路會議 (2007IEEE

International Solid-State Circuits

Conference, ISSCC 2007) 於西元2007年

2月11-15日在美國舊金山舉辦，吸

引了全球相關領域學者及工作人士

到此參加盛會，為一歷史悠久，專

注於電路設計的重量級會議。

2月1 1日首先以1 0場9 0分鐘

的Tutorials及3場Advanced Circuits

Design Forums揭開序幕，Tutorials

主要針對「E m b e d d e d P o w e r -

Management Circuits」、「CMOS

Front-End Circuit Design」等特定電

路設計課題複習背景資料及基本理

論，全天的Forums則由專家學者介

紹最先進的設計理念，以專題討論

的方式提供對相關技術已相當熟悉

的聽眾學習交流的機會，包括了

「Non-Volatile Memory Circuit Design

and Technology」、「Design of

3D-Chipstacks」、「Power Amplifiers

and Transmitter Architectures」等熱

門題目。晚上則安排了「Digitally-

Enhanced Analog & RF」及「Circuit

Design in the Year 2012」兩個特別

議程以討論下一世代電路設計將遭

遇的挑戰。

2月1 2日大會正式開幕，由

三場Plenary Talks揭開序幕，分別

是T S M C張忠謀董事長對晶圓廠

在新世紀將面對的問題發表講

題「Foundry Futures : Challenges

in the 21st Centur y」；Analog

Devices技術副總裁 Lewis W. Counts

針對「Analog and Mixed-Signal

Innovation : The Process-Circuit-

System-Application Interaction」

發表演講，指出以應用導向提

出解決方案時Process、Circuit、

System彼此間密不可分的關係；

STMicroelectronics Crolles2 Alliance

總監 Joel Hartmann以進入奈米電

子時代各領域知識與技術結合的

急迫性發表講題「Toward A New

Nanoelectronic Cosmology」。

接下來的論文發表依領域

別共分為32個sessions，於2月12

日至2月1 4日以並行方式舉行。

另外在2月1 2日晚間特別安排了

Panel Discussion「Ultimate Limits

of Integrated Electronics」及「Last

Mile Access Options : PON/DSL/

Cable/Wireless」和「Automotive

Signal Processing Technologies」兩

個特別議程。而2月13日晚間則安

排了Panel Discussion「Digital RF –

Fundamentally a New Technology or

Just Marketing Hype?」及「Highlights

of IEDM 2006」、「Secure Digital

Systems」、「 Implantable and

Prosthetic Devices : Life-Changing

Circuits」三個特別議程。

今年度我國共有20篇論文獲

選，分別是台灣大學11篇、清華

大學1篇、交通大學2篇、中正大

學3篇、聯發科技、瑞昱半導體以

及加爾發半導體(與台大合作)各1

篇。其中台灣大學論文篇數僅次於

IBM的12篇，緊追於後的分別是韓

國的KAIST(Korea Advanced Institute

of Science and Technology) 9篇及

Intel和MIT各8篇。今年度我國入選

ISSCC的論文篇數再創新高固為可

喜，然而和其他國家學界及業界發

表論文大約各半的情形相較，我國

論文大多由學校發表，顯示國內

業界對ISSCC的參與度應進一步加

強，是否和未來國內電路設計相關

技術進一步提升有重要關聯，值得

繼續觀察。而韓國包括KAIST 9篇及

Samsung 7篇總共24篇論文獲選的

勢力崛起，亦讓與會者感覺到強大

的衝擊。今年日本所提出的論文數

和被採納數都降低了不少，其國內

出現了不少檢討的聲浪，其它各國

也有類似的狀況，其因應措施能否

在明年收效，亦是ISSCC 2008一個

值得觀察的重點。

2月1 5日則以S h o r t C o u r s e

「Analog, Mixed-Signal, and RF Circuit

Design in Nanometer CMOS」及

「Noise in Imaging Systems」、

「ATAC : Automotive Bus Systems」、

「Adaptive Techniques for Dynamic

Processor Optimization」、「Low-

Voltage Analog Amplifier Design for

Filtering and A/D Conversion」4場

Forums作為壓軸，為充滿驚喜的

ISSCC 2007畫下完美的句點。

2007年國際固態電路會議報導黃國威國家奈米元件實驗室

NO.264

2007.07 十四卷

國內外學術會議資訊

January 8-9, 2007, Power Amplifier

Symposium 2007, San Diego, CA 92121

（http://pasymposium.ucsd.edu/）

Tel: +858-534-6713, Peter Asbeck,

Mail: asbeck@ece.ucsd.edu

January 9-11, 2007, IEEE Radio and

Wireless Symposium

January 23-25, 2007 , The 7th

Topical Meeting on Silicon Integrated

Circuits in RF Systems, Orlando, FL,

USA（http://www.eng.auburn.edu/

~niuguof/sirf/）

March 4-7, 2007 , Materials for

Advanced Metallization Conference

( M A M )（ h t t p : / / w w w . m a m -

conference.org/ ）

Tel: +32-16-28-11-74

Mail: Mam2007@imc.be

A p r i l 2 - 5 , 2 0 0 7 . M ic roscopy

of Semiconducting Materials XV

（http : / / confe rences . iop.o rg/

msmxv）

Tel: +44 (0)20-7470-4800

Fax: +44 (0)20-7470-4900

Mail: conferences@iop.org

May 29 - June 1, 2007, The fifty-

first International Conference on

Electron, Ion, and Photon Beams

and Nanolithography.（http://www.

eipbn.org/）

Tel: +972-792-1648

Mail: John Randall jrandall@zyvex.com

May 28 to June 1, 2007, E-MRS

2007 SYMPOSIA, Professor Tony

Cullis, Department of Electronic and

Electrical Engineering, University of

Sheffield, Mappin Street, Sheffield ,S1

3JD（http://www.emrs-strasbourg.

com/index.php?option=com_conten

t&task= view&id=157&Itemid=1 ）

Tel: +44 (0)114 222 5407

Fax: +44 (0)114 272 6391

Mail: a.g.cullis@sheffield.ac.uk

M a y 1 5 - 2 0 , 2 0 0 7 . 1 4 t h

Semiconducting and Insulat ing

Mater ials Conference. SIMC-XIV,

University of Arkansas, 248 Physics

Building, Fayetteville, AR 72701, USA

（http://www.ibiblio.org/simc/）

Tel: +479-575-4084

Fax: +479-575-4580

Mail: simc@ibiblio.org

J u n e 2 0 0 7 , T h e 6 9 t h A R F TG

Microwave Measurement Conference

（h t t p : / / w w w. a r f tg . o rg / i n d e x .

html ）will be held on June 8th,

2007, in Honolulu, Hawaii, as part of

Microwave Week 2007, in conjunction

with IMS (www.ims2007.org) and the

RFIC symposium (www.rfic2007.org) .

Mail: info@TheLimtiacoCompany.com

September23-26, 2007 ,33rd

International Conference on Micro-

and Nano-Engineering（http://www.

mne07.org/）

Tel: +45-4492-4492

Fax: +45-4492-5050

Mail: MNE07@discongress.com

S e p t e m b e r 1 8 - 2 1 , 2 0 0 7 ,

International Conference on Solid

State Devices and Materials (SSDM

2007)（http://www.ssdm.jp/DATA/

2007Preliminary.pdf ）

Secretariat for SSDM 2007c/o Inter

Group corp

To r a n o m o n Ta k a g i B l d g ` , 1 - 7 - 2

Nishishimbashi`, Minato-Ku`, Tokyo

105-0003`, Japan

Tel: +81-3-3597-1108

Fax: +81-3-3597-1097

Mail: ssdm@intergroup.co.jp

S e p t e m b e r 1 7 - 2 1 , 2 0 0 7 ,

The E-MRS 2006 Spring Meeting

（http ://sc ience24.com/event/

emrs2007fall/）

Tel: 0048-22-6608441

Fax: 0048-22-6608794

Mail: malew@inmat.pw.edu.pl

奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

相關學術會議報導

65

September 10-14, 2007 . 9th

Annual Conference of the Yugoslav

Materials Research Society, Institute of

Fechnical Sciences of vhe SASA, Knez

Mihailova 35/IV; p o Box377, 1000

belgrade, Serbia（http://www.yu-

mrs.org.yu ）

Tel: +381(11)185-437; 2636-994

Fax: +381(11)185-263

Mail: yumrs@itn.sanu.ac.yu

November 11-15, 2007 . 9th

International Conference on Atomically

Controlled Surfaces, Interfaces and

Nanostructures. Depar tment of

Applied Physics, School of Engineering,

The University of Tokyo , Bunkyo-ku,

Tokyo 113-8656, Japan（http://annex.

jsap.or.jp/tfspd/acsin9/ ）

Fax : +81-3-5841-7903 , Yoshiak i

Nakamura（Secretary of ACSIN-9）

Mail: acsin9@exp.t.u-tokyo.ac.jp

December 2007, European Nano

Systems(ENS) （http://tima.imag.fr/

conferences/ENS/#loc ）

TIMA Labs, 46 Avenue Félix Viallet,

38031 Grenoble cdx, France

Tel: +33 (0)4-76-57-46-15

Fax: +33 (0)4-76-47-38-14

December 11-14, 2007 , Asia-

Pacific Microwave Conference, institute

of Technology, ladkrabang,bangkok1052

0,Thailand（http://www.thaihandbook.

com/apmc07/index.html ）

Mail：Kpchuwon@kmitl.ac.th

NO.266

2007.07 十四卷

67

一年一度的奈米元件技術會議，在大家踴躍參與下已圓滿落幕，明(2008)年將擴大並結合ISTDM(Intertional Silicon Germaniun Technology and Decvice Meeting)國際會議，一同舉辦，敬請期待。

為鼓勵學生積極參與並提升論文品質，本次論文競賽所有獎項及獎金均較去年大幅增

加，本實驗室亦提供傑出獎6名及優選獎13名外，另，為增進產學界未來進一步的交流合作，感謝台積電、威科、Cascade Microtech等公司提供之各獎項，各獎項得獎人如下：

台積電獎2名：1. 成功大學/醫學工程研究所鄭宜肪同學，主題為 An Integrated Chip: Sorting, Trapping,

Concentrating and Detecting for Bio-Particles Based on 3D Dielectrophoretic Field 2. 成功大學/工程科學系陳佳堃同學，主題為 Enhancement of Micro-flow Mixing Using

Nonlinear Electrokinetic Effects (圖1)

威科金獎1名：中華大學電機工程學系張祐禎同學，主題為 Advanced Metallic Nano-ball Tips for Field Sensitive Microscopy (圖2)

威科銀獎1名：逢甲大學電子工程學系呂秉叡同學，主題為 Carrier Profile Modification Induced by Post-spike Furnace Annealing at Low Temperatures

Cascade Microtech獎1名：中興大學蔡明璋同學，主題為 Coupling Effect of On-Chip Inductors in Lossy Silicon Substrate

NDL傑出獎(參圖3、4、5、6)NDL 優選獎：

分別由陳嘉勻、程子桓、楊哲瑜、魏宏儒、王川豫、陳定憲、李承翰、吳佳典、李卓

諭、陳哲勤、胡志瑋、盧景森、吳家麟等13名同學獲得。期盼明年我們能提供更豐富的獎項以鼓勵產學界創作出更優秀的作品，共同提升國內

學術研究的質與量。

陳建華 交通大學/電子研究所 Fabrication of ARROW-Based Photonic Crystal Waveguides

陳奕中 清華大學/工程與系統科學所A Raman Study in Characterizing Radiation Damage Induced by Low-Temperature Bn Cluster Ion Implantation

詹智元 清華大學/電子所 Geometry Dependence on 1/f Noise in RF NMOS

湯宗霖 暨南大學/電機系Fabrication of High-Aspect-Ratio Nano-Tip Integrated with Single-Crystal Silicon Cantilever

陳嘉勻 清華大學Dual-axix Raster Scanning Mirror Driven Using Magneto-static Forve and Lorentz Force

楊哲瑜 交通大學/電子所Memory Characteristic of Co Nanocrystal Memory Device with HfO2 as Blocking Oxide

NDL Outstanding Award

1

2

台積電獎由NDL主任頒發予成功大

學/工程科學系陳佳堃同學主題為

Enhancement of Micro-flow Mixing

Using Nonlinear Electrokinetic Effects

論文競賽頒獎典禮，由半導體國際

廠商威科公司張家榮副理頒發威科

金獎(Veeco Gold Award)予得獎者 ：

中華大學電機工程學系張祐禎同學

3 NDL傑出獎“後矽奈米電子元件技

術組＂- 湯宗霖同學

4 NDL傑出獎“奈米檢測技術組＂-

陳奕中同學

5 NDL傑出獎“奈米光晶元件技術

組＂-陳建華同學

6

3

5

4

6

NDL傑出獎“高頻技術及應用組＂-

詹智元同學

SNDT 2007

摘錄自本實驗室“NewsLetter No.5＂

稿約

一、本刊發行宗旨，以報導NDL之研發成果、服務績效與動態為主，並希望籍此刊物與深次

奈米業界及學術界持續交流，盼能對學術界及業界提供更好的服務。

二、本刊竭誠歡迎深次奈米各方先進、同業及奈米元件實驗室同仁踴躍惠賜稿件、資料及圖

件。

三、來稿每篇以一千~五千字為宜，請將稿件e-mail或郵寄給我們，並請註明「通訊稿件」、

作者姓名、住址及電話，以便我們與您連繫。e-mail：noblehuang@mail.ndl.org.tw、郵寄

地址：新竹市科學園區展業一路26號

四、本刊對來稿有刪改權，不願刪改者請於稿件上註明；稿件如有版權爭議，責任概由作者

自行負責。來稿一經刊載，本實驗室將依規定，致贈稿酬。

五、下一期通訊於96年8月31日截稿，歡迎踴躍來稿。

意見回函 奈米通訊第十四卷第2期

感謝您對本刊物的支持，我們誠心的希望各位讀者惠賜您寶貴的意見，您對我們的

建議與指正都是促進我們進步的原動力，我們亦將更豐富的內容呈現給您！請您

將回函傳真至03-5733795黃心寧。

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4.您希望我們出版的內容建議：

奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

NO.268

2007.07 十四卷

奈米通訊NANO COMMUNICATIONS

國家奈米元件實驗室National Nano Device Laboratories

http://www.ndl.org.tw

2007.07