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研究生: 莊子賢
Chuang, Tzu-Hsien
論文名稱: 藉由加強失效模式效應分析中之風險優先順序以改善半導體製程
Enhancing the Risk Priority Number in FMEA for Semiconductor Process Improvement
指導教授: 朱詣尹
Chu, Yee-Yean
口試委員: 邱銘傳
劉子歆
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工業工程與工程管理學系
Department of Industrial Engineering and Engineering Management
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 84
中文關鍵詞: 失效模式與效應分析管制計劃書風險優先數灰關聯分析半導體製程改善
外文關鍵詞: Failure Mode and Effects Analysis, Control Plan, Risk Priority Numbers, Grey Relational Analysis, Semiconductor Process Improvement
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  • 失效模式與效應分析(Failure Modes and Effects Analysis, FMEA)之方法廣泛應用於半導體製程改善活動,用來預測及防止失效的發生。其中所使用的風險優先數(Risk Priority Number, RPN)是作為判斷失效模式對系統影響程度的依據。找出真正的風險優先數,明定風險順序,提供決策者做最正確的判決,可以避免不必要的改善浪費及錯失真正高風險危機的改善時機。但在傳統的RPN方法有重複性太高、無法比較SOD(Severity , Occurrence , Detection)的順序權重、及沒有考慮到各項目中的失效模式與失效原因的直接與間接的關係等問題。因此本研究提出一套方法,結合灰關聯分析法(Grey Relational Analysis, GRA)與決策實驗室分析法 (Decision Making Trial and Evaluation Laboratory, DEMATEL),用以解決傳統RPN風險排序問題。此方法先藉由GRA修正風險優先數,找出SOD的順序權重並降低RPN重複率;再藉由DEMATEL來排序風險優先順序以改善失效模式與失效原因間的直接與非直接關聯,使風險排序越趨近於真實需求。最後本研究將此方法應用於兩個半導體實際案例以管制計劃書執行結果成效來檢驗此方法的有效性,並與傳統 RPN方法比較,提供決策者較合理的參考資訊。


    Failure Mode and Effects Analysis Method (FMEA) is widely used in the semiconductor process improvement activities, including the Risk priority number (RPN) which is used to determine the impact of failure mode on the system basis. The risk priority number supports decision-makers to make the correct judgment to avoid unnecessary waste on improvement and missed opportunity to improve the high-risk crisis. But the traditional RPN method has high repetition, ineffective order comparison on Severity, Occurrence, Detection (SOD), and no account for the failure modes of each project and the failure causes, such as direct and indirect relationships. Therefore, this study proposes a method that combines Grey Relational Analysis (GRA) and Decision Making Trial and Evaluation Laboratory (DEMATEL), to solve the problem of the traditional RPN. This methodfirst uses GRA method to revise the risk priority number. In order to find the right weight between SOD and reduce RPN repetition rate; it sorts by DEMATEL method to improve the direct and indirect relationship between Failure Mode and Cause of Failure, thereby bringing the risk more close to the real needs. Finally, his method applies to two real semiconductor process improvement cases. The effectiveness evaluation through the Control Plan confirms the validity of this method which performs better than the traditional RPN, and provides more reasonable information for decision-makers as a reference.

    摘要 II Abstract III 誌謝 IV 目錄 V 圖目錄 VII 表目錄 VIII 第一章 緒論 1 1.1研究背景 1 1.2研究動機 2 1.3研究目的 4 1.4研究範圍與對象 5 1.5論文架構 5 第二章 文獻探討 6 2.1失效模式與效應分析介紹 6 2.1.1失效模式與效應分析的發展歷史 6 2.1.2失效模式與效應分析之分類 7 2.1.3FMEA方法介紹 9 2.1.4半導體製程改善與失效模式效應分析之相關研究 9 2.2風險優先數 10 2.2.1傳統風險優先數介紹 10 2.3灰色系統理論介紹 14 2.4決策實驗室分析法介紹 17 2.5小結 18 第三章 研究方法 19 3.1研究架構 19 3.2FMEA執行步驟及流程 20 3.3半導體風險評定準則介紹 23 3.4使用GRA和DEMATEL操作步驟 26 3.4.1灰關聯分析 27 3.4.2決策實驗室分析之操作方法 31 3.5半導體製程介紹 37 3.5.1化學機械研磨製程介紹 38 3.5.2化學機械研磨製程應用 39 3.5.4蝕刻製程應用 41 3.6半導體管制計劃書介紹 42 3.7PFMEA與管制計劃書的關係流程 43 3.8製程改善效益評估方法 45 第四章 實例驗證與比較 47 4.1應用於化學機械研磨製程 47 4.1.1化學機械研磨實施新管制計劃書後新RPN結果 52 4.1.2化學機械研磨案例分析 56 4.2應用於蝕刻製程 58 4.2.1蝕刻製程實施管制計畫改善後新RPN結果 61 4.2.2蝕刻案例分析 65 4.4 管理意涵 70 4.5 綜合討論 73 第五章 結論與後續研究 76 5.1結論 76 5.2後續研究 77 參考文獻 78 英文部份 78 中文部份 82 附錄1. PFMEA第四版(2008.6) 嚴重度(Severity) 83 附錄2. PFMEA第四版(2008.6) 發生度(Occurrence) 83 附錄3. PFMEA第四版(2008.6) 偵測度(Detection) 84 圖目錄 圖2-1 FMEA方法實行圖 9 圖2-2傳統RPN數值出現次數分佈圖 12 圖2-3使用GRA修正RPN後重複率分布 15 圖2-4使用TOPSIS修正RPN後重複率分布圖 16 圖3-1研究方法架構圖 19 圖3-2產品品質先期策劃圖 20 圖3-3功能小組成員及回饋 21 圖3-4 FMEA執行10步驟 22 圖3-5 FMEA管制表 22 圖3-6 GRA和DEMATEL操作步驟 26 圖3-7化學機械研磨巨觀與微觀結構示意圖 38 圖3-8化學機械研磨前後示意圖 38 圖3-9化學機械研磨各製程應用示意圖 39 圖3-10等向性蝕刻與非等向性蝕刻示意圖 40 圖3-11蝕刻各製程應用示意圖 41 圖3-12各類活動與PFMEA之關係圖 44 圖3-13 FMEA與Control Plan之對應關係圖 44 圖4-1金屬層接孔斷線問題 54 圖4-2本研究方法之管理運作流程圖 74 表目錄 表2-1失效模式與效應分析的發展歷 7 表2-2設計FMEA與製程FMEA 的比較 8 表2-3 21個RPN值36的不同組合 12 表2-4 RPN統計資料 13 表2-5 RPN36之灰關聯度值 16 表2-6傳統 RPN 與 TOPSIS RPN及 GRA RPN之比較表 17 表3-1案例公司PFMEA 嚴重度(S) 24 表3-2案例公司PFMEA 發生度(O) 24 表3-3案例公司PFMEA 偵測度(D) 25 表3-4假設案例相對應之灰關聯度值 33 表3-5直接關聯矩陣Y 34 表3-6標準化關係矩陣H 34 表3-7 I-H 矩陣 35 表3-8 1/(I-H)反矩陣 35 表3-9總關聯矩陣T=H/(1-H) 36 表3-10傳統RPN vs. GRA+DEMATEL 之風險優先順序比較 36 表3-11三種蝕刻製程比較表 40 表3-12管制計劃表 42 表4-1化學機械研磨製程FMEA表 47 表4-2化學機械研磨製程RPN值與排序 48 表4-3 化學機械研磨製程灰關聯度之風險排序 48 表4-4 化學機械研磨製程直接關聯矩陣Y 49 表4-5 化學機械研磨製程正規化直接關係矩陣H=Y/S 49 表4-6 化學機械研磨製程總影響關係矩陣 50 表4-7 利用GRA及DEMATEL排序CMP製程之失效原因優先順序 50 表4-8 RPN,GRA 及 GRA+DEMATEL 之 Ranking 排序 51 表4-9 改善活動對RPN的可能影響 52 表4-10化學機械研磨製程 No.5/ No.7 管制計劃前後對策說明 53 表4-11化學機械研磨製程No.8/ No.9 管制計劃前後對策說明 54 表4-12化學機械研磨製程No.6/ No.10 管制計劃前後對策說明 56 表4-13化學機械研磨改善後風險評估證實結果 57 表4- 14蝕刻製程FMEA表 58 表4- 15蝕刻製程灰關聯度之風險排序 59 表4-16 蝕刻製程RPN,GRA 及 GRA+DEMATEL 之 Ranking 排序 60 表4-17 蝕刻製程No.1/No.2/No.8 管制計劃前後對策說明 61 表4-18 蝕刻製程No.5/No.9 管制計劃前後對策說明 63 表4-19 蝕刻製程No.13/No.14 管制計劃前後對策說明 64 表4-20蝕刻製程改善後風險評估證實結果 66 表4-21風險減量對案例比較表 67 表4-22本研究方法對半導體製程改善指標之影響 68 表4-23本研究案例比較及其效益 69

    英文部份
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