一片晶圓要做多久？生產週期為什麼要好幾個月

一片晶圓從投片到做完、離開晶圓廠，要好幾週到幾個月。業界常說的平均大約三個月（十二週上下），越先進、層數越多的製程越久。這段時間叫生產週期，英文 cycle time，也有人叫週期時間。奇怪的是，這幾個月裡，晶圓真正待在機台裡被加工的時間，只占一小部分；大部分的時間，它在等。

生產週期從哪裡算到哪裡？

起點是投片：一批晶圓放上生產線、開始做第一站（為什麼從這天算，可以讀「投片是什麼？一批晶圓從哪一天開始算」）。終點是這批晶圓做完最後一站，離開晶圓廠。

晶圓做完，還要送去封測，又要幾週。新聞常說的「交期」，是從客戶下單到拿到晶片，前面可能要等產能、後面還有封測和運送，所以常比生產週期長得多。

為什麼要做這麼久？

因為步驟非常多。晶片是一層一層疊出來的：每做一層，晶圓就要在黃光、蝕刻、薄膜這幾區繞一圈（各區在做什麼，見「晶圓廠七個製程區各在做什麼？」）。一顆晶片要疊幾十層，加起來是幾百道步驟，複雜的製程可以到上千道。

越先進的製程，層數越多，印圖案用的光罩一整套也越多片，時間就拉長。研究晶圓廠的人，常用「平均做一層光罩要幾天」來比較不同的廠，量級大約是一天到幾天。舉個假設的例子：一個製程要 40 層光罩，平均一層 2 天，就是 80 天，將近三個月。

這幾個月，晶圓都在做什麼？

想像去醫院做一次健康檢查。抽血、照 X 光、量視力，每一項其實幾分鐘就做完；可是一個上午過去了，大部分時間你都坐在走廊上，等下一站叫號。

晶圓也是這樣。真的待在機台裡被加工的時間不多，其他時間都在等，而且等的東西有好幾種：

1. 排隊等機台：前面還有別的貨。這通常是最大的一塊。
2. 等搬運：12 吋廠的晶圓裝在 FOUP 裡，靠天花板上的天車在機台之間搬（「晶圓怎麼在廠裡移動？」）。車還沒來，盒子就在架上等。
3. 等量測：很多步驟做完要先量一下，確定做對了才往下走（「晶圓廠怎麼知道做對了沒？」）。量得越多，量測機台前面就排得越久。
4. 等湊滿一爐：爐管這類一次放很多片的機台，常要等湊多一點貨再開。
5. 等人決定：一批貨被 hold 住，等工程師判斷能不能往下走。

研究晶圓廠的論文常這樣說：一批貨大部分的時間，不是在加工，而是在等。

「幾倍理論時間」是什麼意思？

研究生產週期的人，會先算一個「理論時間」：假設這批貨每到一站，機台都剛好空著、車也剛好到，一分鐘都不用等，從第一站做到最後一站要多久。這個時間只算加工本身，也叫純加工時間。

再拿實際花的時間去除它，得到一個倍數。英文常叫 X-factor（X 因子），也有人叫 flow factor。

• 1 倍：完全沒等。現實裡做不到。
• 3 倍：假設理論上 20 天做得完的貨，實際走了 60 天。只有三分之一的時間在加工，三分之二在等。

不同產品的步驟數不一樣，直接比天數不公平，比倍數才看得出誰等得多。實際的晶圓廠都比 1 倍大不少，越接近 1 越好。

為什麼要排這麼久的隊？

機台排得越滿，等得越久

這是最根本的一個原因，而且不是照比例變久（生管怎麼在兩邊取平衡，見「生管在做什麼？晶圓廠的交期怎麼排？」）。教科書裡最簡單的排隊模型，可以算出大概的樣子。假設一台機台做一批平均要 1 小時，貨什麼時候到、每一批做多久，都很隨機：

機台忙的時間	一批貨平均總共要待
一半	2 小時
八成	5 小時
九成	10 小時

做的時間平均都是 1 小時，多出來的全是排隊。真的晶圓廠比這個模型複雜，形狀卻一樣：快滿的時候再多塞一點，隊伍就長得很快。所以晶圓廠 24 小時運轉，卻不會把最忙的機台排到 100%（「晶圓廠為什麼 24 小時不停？」）。

同一片會一直回來

每做一層，晶圓就回到黃光、蝕刻這些區再走一次；有些貨會回到同一群機台幾十次，每一次都要重新排隊（排貨為什麼難，見「晶圓廠的製造部在做什麼？」）。

急件插隊

被標成急件的貨，每一站通常都優先。它少排的那段隊，是別的貨多等出來的；研究發現，線上的急件越多，一般貨的平均生產週期越長，也越難說準（「Hot lot 是什麼？急件為什麼不一定排第一」）。

機台停下來

機台當機或在保養的時候不能做貨，貨只能堆在前面。停機不只少了產能，也讓「什麼時候輪得到」更難預料；研究指出，這兩件事都會讓平均生產週期變長（「機台保養（PM）是什麼？」）。

週期縮短，有什麼好處？

1. 交期比較快、比較準：貨早一點做完，要追加也補得快；每一批要等多久也比較穩，生管給的日子才說得準。
2. 線上壓的貨變少：每天做完的量一樣，每一批待得短了，線上的貨就少，壓在線上的錢也少（這個關係，「晶圓廠的製造部在做什麼？」那一篇有講）。
3. 問題回來得快：晶片的電性做得對不對，很多要等晶圓整片做完才量得到（「WAT 是什麼？晶圓圖怎麼看出哪裡出錯」）。新製程的良率是一輪一輪改上去的：發現問題、改條件、再驗證。週期短，每一輪就來得快。研究晶圓廠的論文，很早就在談良率和生產週期的關係。
4. Q-time 比較不容易超過：Q-time 的倒數，排隊的時間也算在裡面。兩站之間等得短，快到期限的貨就少，要重做的也少（「Q-time 是什麼？為什麼晶圓不能放太久」）。

代價是：要讓貨少等，機台就得留一點空檔，不能每一台都排到滿。所以晶圓廠一直在「機台不要閒著」和「貨不要等太久」之間找平衡。

在 fab24hr 裡

在 fab24hr，最常碰到生產週期的是生管。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「生管」。深夜班清晨五點半，你在家看手機上的在製品報表：蝕刻機 ETCH-03 在 02:47 停了，後面排了 9 批；報表上寫著「蝕刻這一站的週期時間，今天會比平常長」。急件 H-2417 做到蝕刻這一層，後面還有好幾層，大約再四個多星期才出廠。你要把它剩下的路一站一站對：哪幾站的日子動了，排程裡留的緩衝接不接得住。當製造部，同一個早上，你要把 ETCH-03 後面那 9 批分給還能跑的機台。主線「晶片的一生」第三幕「封測廠」的開頭也會告訴你：H-2417 那一天之後，又在量產廠走了四個多星期，才送到封測廠。遊戲裡的公司、人物、機台編號、批號和日子都是虛構的；生產週期是什麼、時間花在哪裡，照公開的一般資料和研究論文寫。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。