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高科技廠房安全與環境監控

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台積電300mm Fabs廠務處處長莊子壽。
台積電300mm Fabs廠務處處長莊子壽。

在各種高科技廠房的管理經驗中,晶圓廠的安全與環境監控對台灣科技產業發展尤其重要。台積電300mm Fabs廠務處處長莊子壽指出,根據SEMI的研究報告;預估全球晶圓廠產能在2015年時,每個月產能將會到1,700萬片(8吋),而這個數量約當是台積電的年產量。2014年台灣晶圓製造的產值,可望達到新台幣1.2兆元,由此可見,晶圓廠的工安管理對台灣經濟發展的重要性。

晶圓廠對半導體設備採購的影響,自然也不在話下。莊子壽指出,台灣近幾年來一直是半導體設備採購量最大的地區,如2014年的半導體設備採購量應可超過100億美元,2015及2016年的採購量成長速度,更是全球設備採購量最大的地區。

如此龐大的設備採購量,自然與晶圓廠的獲利有關。莊子壽認為晶圓廠想要獲利,首先就是要盡早進入新世代技術的市場,但得先具備技術能力,不是光靠投資就做得出來。此外,建廠的工程時間非常重要,因為愈早進入市場,才能獲得比較高的利潤。

但由於晶圓製造技術的變化非常快,莊子壽強調,晶圓廠的生產線,必須具備追求高單價市場的彈性,因此廠房設計相當重要。其他獲利的關鍵,還包括晶圓良率、生產線良率、高設備使用率等。

此外,生產線必須持續運轉,才能提高資產周轉率,致力於成本控制的管理,更是其中的關鍵。但莊子壽強調,前述的獲利機會,其實都是要建構在廠房安全及環境永續的基礎上。

所以要管控高科技廠房,自然就得了解風險特徵,才能掌握廠房的設計基本原則。莊子壽指出,晶圓廠房本身、設備及半成品的價值高,且風險集中,加上每日的產值高,營運中斷的損失相當大,工廠營運更是相當依賴自動化及現代科技,加上廠房內使用特殊性氣體及化學品的種類繁多,這些因素都構成晶圓廠的風險特性。

因此,晶圓廠廠房設計的基本原則,首先就是安全;包括人員及資產的安全,同時還應具備完整的即時監控系統及專責管控人員。在營運方面,由於設備太過昂貴,必須設法做到將產能極大化,全天生產,全年無休。因此,不但不允許非計畫性的停機,生產線進行調整或擴充時,生產也不可中斷,因此系統設計必須符合N+1(備援)原則。

莊子壽指出,高科技廠房如要做好資產保護,那就不可忽略中小型地震防護能力,因為與大地震發生的機率相比,碰到中小型地震的可能性會更高,而且設計的防護方向也不一樣,包括耐震規範、廠址特性、數值模型的探討,都需要特別注意。

另外,建立地震預警即時資訊系統,爭取最快應變時間,可以減少損失。至於火災防護方面,莊子壽指出目前的消防系統設計與防火設施功能,都已相當成熟,但需要注意驗證方法,才能確保消防系統能夠達到原先設計的目標。

但高科技廠房在工程實務方面,會遭遇不少的挑戰。莊子壽指出,建廠的基本現象,包括時間及預算不足、設計圖說不完整、需求不斷變更(因為製程一直在變)、工程介面複雜繁瑣、重疊施工等。

即使建廠過程挑戰重重,但由於安全與品質絕對不能妥協,莊子壽指出,唯有透過視覺化管理工具,例如應用建築資訊模型(BIM)專案管理系統,讓廠房安全專家可以盡早參與廠房規劃、設計的討論,才能讓高科技廠房規劃設計至最低的風險 (Design to Minimum Risk)。

至於工廠安全設計方面,在人員安全保護設計方面,需要注意門禁安全設計、主動及被動防護;在廠房財產安全設計方面,則要從廠區配置開始,因為只要設備放錯位置,就可能會出問題,其他要注意的地方,還包括防火?防爆的區劃設計,可以將災害問題控制最小範圍。

要確保工廠安全設計符合目標,可以參考具公信力的國際認證。莊子壽指出,台積電目前是採用ACE保險公司的認證,共有27項考核項目,台積電不但全部拿到AAA,平均值遠超過亞洲地區,包括大陸、南韓、新加坡等國的廠房。

莊子壽指出,相較於亞洲地區其他國家的廠房,台積電在緊急應變計畫方面的表現非常好,如自動灑水頭設計、有毒氣體供應系統、製程設備防護、潔淨室煙霧控制等,都是其他業者相對表現比較弱的地方。

至於超大晶圓廠廠房規劃方面,莊子壽指出,首先要做好廠區配置,尤其是防火阻絕設計,如建築物之間要有足夠的距離,如果無法分開距離,結構物之間就要有防火牆(至少隔絕火災兩小時),或是透過走道設計,將區域分開來,也可以達到災害控制的目的。

在有害物質方面,則是不能跟主建物的結構結合在一起,應該是附掛在廠房外面或是放置在開放空間,才不會釀成災禍。莊子壽強調,同時還要考慮人員撤離動線、消防水池,建築物結構體能否降低中小型地震對生產線的影響。

但廠房就算做好安全設計,莊子壽認為,能否落實管理,難度其實不亞於設計。台積電為此成立台積電緊急應變中心(ERC),除24小時專業值班人員監控廠區安全外,同時還設置完善的緊急應變監控設施及應變器材,才能對火災、氣體洩漏、化學品翻灑等異常事故時,提供最快速的應變支援。

莊子壽提醒,定期執行緊急應變小組成員戰技訓練非常重要,因為只要一段時間不操練,可能就會忘掉如何執行,透過定期演習,才能在碰到真正狀況時,妥善應變。

而在環境監控方面,廠房必須深耕節能技術及創新能源使用管理,達到永續環境設計(Design to Sustainable Environment)的目標,如發展廢水、廢酸、廢棄物回收技術,建立資源回收使用的良性循環。

莊子壽也建議產業應該要發展下一代的環境監測管理系統,以全面、即時、精確管理所有環境管控參數。例如發展智慧化用水、用酸平衡系統,自動監管所有廢水和廢酸的流向。

最後,莊子壽強調:創新與改變是產業發展的主軸,廠務管理必須配合多變的技術發展與時俱進。如建築資訊模型及物聯網技術的發展與應用,將會是高科技廠房提升工業安全與環境監控品質的利器。安全的廠房與環保的設施,是企業對社會應該要負的責任,因此廠房工程應致力提升「廠房安全」及「清潔生產」的能力。