蓋一座晶圓廠要做哪些事？為什麼要好幾年、花那麼多錢

新聞常說的「蓋新晶圓廠」，其實是一長串的事：選地方、設計、蓋很穩的廠房、裝好水電氣、驗過無塵室，再把幾百台機台搬進去接好、一台一台調到能用，最後讓第一批產品的良率慢慢爬上來。所以「新廠動工」和「開始量產」，中間常隔好幾年。錢，大部分花在機台上。

晶圓廠也叫 fab（fab 是什麼？）。下面一步一步看：做什麼、為什麼、不這樣會怎樣。

蓋一座晶圓廠，一步一步要做什麼？

第 1 步：選地方

• 做什麼：水和電要夠、要穩；地面要穩，附近震動小；找得到工程師和技術員；機台和化學品運得進來。動工前還要申請許可、評估對環境的影響。
• 為什麼：晶圓廠一年到頭用大量的水和電（晶圓廠為什麼那麼耗電？、超純水有多純？）。
• 不這樣：廠蓋下去就搬不走；蓋好才發現水不夠、電不穩，很難補救。

第 2 步：設計：一層一層疊起來

• 做什麼：中間一層是無塵室，晶片在這裡做；樓下是廠務層，放機台的真空泵浦、尾氣處理和管子；天花板上面是送風的空間，一格一格的風扇和濾網把乾淨的空氣往下吹，穿過有孔的地板流回去。每一台機台放哪裡、從哪裡接水電氣，也先畫好。
• 為什麼：最乾淨的那一層只留給晶圓和機台；會震、會漏的東西放樓下，管子從正下方接上來最短。
• 不這樣：蓋好再改，常常等於拆掉重來。

第 3 步：蓋廠房：地板要很穩

• 做什麼：無塵室的樓板常是很厚、很重的混凝土，留著一格一格的洞讓空氣流下去；下面的柱子排得比較密，有的廠還把樁打得很深；會震的泵浦和風扇放遠一點，或裝在減震的座上。大樓要耐地震，機台要鎖在地上。
• 為什麼：曝光機要把這一層的圖案跟上一層對得非常準（疊對），地板晃一下就可能印歪。要求最嚴的地方，允許的震動比人感覺得到的還小很多倍。
• 不這樣：圖案對不準，晶圓要回頭重做，晶片也可能壞掉。

第 4 步：裝廠務系統

• 做什麼：電、超純水、氣體、化學品、空調、排氣、廢水處理、冷卻水，主管路拉到每一台機台的位置，留好接點。這些歸廠務管（廠務工程師在做什麼？、晶圓廠用哪些氣體？）。
• 為什麼：機台要的東西，全部靠這些系統送進來。
• 不這樣：機台搬進來，也只能放著等。

第 5 步：無塵室先驗過

• 做什麼：機台還沒進來，先數空氣裡的微粒、量風速和壓力差、檢查濾網有沒有漏。之後機台放進去、人進來上班，還要再量（無塵室有多乾淨？）。
• 為什麼：房間空著，最好找問題。
• 不這樣：等灰塵落在第一批晶圓上，才知道哪裡漏。

第 6 步：機台搬進來、接管、驗機

• 做什麼：一座廠有好幾百台機台。木箱在外面拆、擦乾淨，經過兩道不同時打開的門進去；定位後照接點表把水、電、氣體、排氣一條一條接上，叫接管；新的氣體管先保壓、測漏。通電後照買賣雙方事先約好的條件一項一項測，都過了才驗收。
• 為什麼：一條接錯、一個接頭沒鎖好，有毒的氣體可能漏出來，機台也可能壞。
• 不這樣：問題留到做晶圓時才露出來，就難找得多。

第 7 步：用測試晶圓，把每一步調到能用

• 做什麼：每一台機台先用不是產品的晶圓跑（控片、擋片、監控片是什麼？），量膜厚、線寬、多了幾顆微粒，調到規格內；再把前後幾站接起來，最後整條流程從頭走到尾。
• 為什麼：一顆晶片要走幾百道步驟（晶片是怎麼做出來的？），一站偏了，後面跟著偏。
• 不這樣：直接拿產品去試，壞了就是好幾週到幾個月白做（一片晶圓要做多久？）。

第 8 步：第一批產品，良率慢慢爬上來

• 做什麼：第一批產品投片。一開始好的晶片常不多，工程師先找最多的那一種壞法、改掉，再處理下一種（晶片越大，良率為什麼越低？）；客戶也要拿樣品去試（新產品導入（NPI）是什麼？）。穩了，投片量才一批一批加上去。
• 為什麼：良率低的時候，做得越多，壞的也越多。
• 不這樣：還沒穩就衝量，錢和時間都白花。

為什麼要好幾年？

能重疊的會重疊，例如廠房好一區，機台先搬進那一區。可是有三件事快不了：

• 前一步沒好，後一步不能開始：地板沒好，機台進不來；廠務沒通，機台不能開；機台沒驗過，不能做產品。
• 機台要排隊：有些機台從下訂到送來要好幾個月，大家同時擴廠時，等得更久。好幾百台，每一台都要搬、要接、要驗。
• 良率要時間爬：很多改動，要等晶圓走完一趟才看得到結果，一趟就是好幾週到幾個月。

一般資料的量級大致是：從動工到開始做晶圓，常要一兩年以上；加上動工前的規劃、許可，和之後良率爬坡的時間，從決定要蓋到大量出貨，常常要好幾年。每一座廠差很多。

為什麼那麼貴？

• 大部分的錢花在機台：好幾百台，很多一台就很貴；最先進的極紫外光曝光機一台上億美元（極紫外光（EUV）是什麼？）。產業協會的全球統計也一樣：一年花在機台上的錢，遠多過花在蓋新廠房上的。
• 廠房本身也不便宜：很穩的地板、無塵室、整套廠務系統，都比一般工廠講究得多。而且好幾年都在花錢，還沒有晶片可以賣。

一般資料說的量級是：最先進的晶圓廠蓋好、放滿機台，要數十億到上百億美元（晶片為什麼這麼貴？）；做舊幾代晶片的廠，通常花得少很多（新聞說的「成熟製程」是什麼？）。所以蓋好之後要一年到頭排滿貨（晶圓廠為什麼 24 小時不停？）。蓋廠又貴又久，也是晶片一下缺貨、一下過剩的原因之一（半導體景氣循環是什麼？）。

下次看到新聞，可以這樣讀

• 「新廠動工」：開始蓋廠房。機台還沒進來，離做出晶片還有一段路。
• 「機台移入」：廠房和無塵室大致好了，機台開始搬進去、接管、驗機。新聞也常說「裝機」。
• 「試產」：機台調好了，開始做第一批產品；良率還在爬，量還不多。
• 「量產」：良率和產量都穩了，開始大量出貨。新廠的產能常是一段一段開出來。

在 fab24hr 裡

遊戲不演整座廠怎麼蓋，演的是一台新機台進廠的那一天。按「進廠」、選「打工人的一天」，在「今天你是」卡片上點「量產廠」、左右滑到廠務工程師，名字下面點「氣體化學品」。下午輪到午班「搬入」：新機台的木箱在外面拆、擦過，兩道門照順序開；下樓到廠務層照接點表接管；新的氣體管要保壓，等滿，設備商要多等一天才開機，由你決定。廠務另外三區的午班，是同一台機台的另一端：電力課接電，水課把新接好的純水管沖乾淨，空調課看搬入口的壓力差和排氣。

在卡片上點「研發線」、左右滑到設備商的駐廠工程師，你顧客戶廠裡新的蝕刻機 ETCH-R1，從驗機顧到簽驗收；晚班是季底，主管希望客戶今天簽最終驗收，測漏的數字卻剛好在合格線邊上。

遊戲裡的廠、公司、人物、機台編號和時間都是虛構的；建廠的步驟、年數和金額，照公開的一般資料寫，只寫各來源一致的量級。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。