12 吋、8 吋晶圓是什麼意思？晶圓為什麼越做越大

「12 吋晶圓」「8 吋廠」裡的數字，說的是晶圓的直徑：12 吋晶圓的直徑是 300 毫米（30 公分），8 吋晶圓是 200 毫米（20 公分）。晶圓是做晶片用的圓形薄矽片，晶片排在上面一起做，最後才切開（晶片是什麼？）。新聞說「12 吋廠」，就是用 12 吋晶圓做晶片的工廠。也有人直接叫 300 毫米晶圓；中國大陸說「12 英寸」，都是同一個東西。

「吋」是英吋嗎？為什麼 300 毫米叫 12 吋？

是英吋，但只是大約。1 英吋是 25.4 毫米，真的 12 英吋是 304.8 毫米；300 毫米換回英吋，其實是 11.8 吋。8 吋也一樣：200 毫米大約是 7.9 吋。

晶圓的規格是用毫米訂的：業界的公開標準寫的是直徑 300 毫米、200 毫米，連厚度都訂好了，做晶圓的、做機台的都照它做。很早期的晶圓真的用英吋訂，像 2 吋、3 吋；大約從 100 毫米那一代起改用毫米，大家卻照習慣，用最接近的整數英吋來叫。所以「12 吋」是一個名字，不是量出來剛好 12 吋。

晶圓尺寸是怎麼一路變大的？

晶圓不是一開始就這麼大。粗略的順序是這樣：

• 4 吋（100 毫米）以前：更早的年代，一代一代長上來。
• 6 吋（150 毫米）：1980 年代。
• 8 吋（200 毫米）：1990 年代初開始用在量產。
• 12 吋（300 毫米）：2000 年前後開始，現在新的先進產線大多用它。

從 6 吋到 12 吋，大約十年換一代。每換一代，整座廠的機台、裝晶圓的盒子、搬運的方式都要跟著換。到了 12 吋，裝滿的一盒有七到九公斤，搬運也改成天花板上的天車（晶圓怎麼在廠裡移動？）。

12 吋比 8 吋大多少？能多做幾顆晶片？

直徑是 1.5 倍（300 ÷ 200），可是晶片排滿的是整個面，面積要乘兩次：1.5 × 1.5 = 2.25 倍。12 吋晶圓一面大約 707 平方公分，比一張 A4 紙還大一點；8 吋大約 314 平方公分，差不多半張 A4。

放得下的晶片，又比 2.25 倍再多一點。方形的晶片排在圓片上，邊緣會有放不完整、浪費掉的地方；晶圓越大，浪費的比例越小（晶圓為什麼是圓的？那一篇講過）。用大學課程常用的一個粗估公式，算一顆 1 公分見方、大約指甲大小的晶片：

晶圓	直徑	面積	大約放得下
8 吋	200 毫米	約 314 平方公分	約 270 顆
12 吋	300 毫米	約 707 平方公分	約 640 顆

640 ÷ 270，大約 2.4 倍。這是「放得下幾顆」，不是「好的有幾顆」；做出來好的佔幾成，叫良率（新聞說的「良率」是什麼？）。

也因為差這麼多，統計產能時常換算成「約當 8 吋」，一片 12 吋算兩片多（投片是什麼？）。

晶圓為什麼越做越大？

想像烤餅乾。烤箱一次烤一盤，盤子大一點，一次就多烤好幾片；可是烤的時間、顧烤箱的人，沒有跟著多那麼多。

晶圓廠也是這樣。很多步驟是一片一片、或一批一批做的，晶圓變大，每做一次，晶片就多做好幾顆；可是機台、廠房、人力、電和水，不會跟著變成 2.25 倍。分攤到每一顆，成本就有機會變低。

說「有機會」，是因為大的也比較貴：12 吋的機台、晶圓、廠房都更貴，要做得夠多、機台一直有貨跑，才划得來。所以量非常大的晶片，例如手機、電腦裡的處理器和記憶體，多半在 12 吋廠做。

那為什麼沒有一直變大？

更大的那一代，業界研發過。2010 年代有一個聯合研發計畫，要把晶圓再放大到 450 毫米，俗稱 18 吋，也做出了試驗用的晶圓和一些機台。可是沒過幾年，研發就擱了下來，到現在大量生產還是用 12 吋。一般的說法，原因有幾個：

1. 每一種機台都要重新做：曝光、蝕刻、薄膜、清洗、量測、搬運，每一種都要重新設計、重新驗證，研發的錢非常多。
2. 要大家一起換：做晶圓的、做機台的、晶圓廠，要一起換才有用；現在的 12 吋廠也很難直接改裝。
3. 好處沒有想像中大：有些步驟本來就是一小格一小格做的。像曝光機一次只印一小格（微影（黃光）是什麼？），晶圓變大，要印的格數就跟著變多，這一段幾乎省不到。
4. 更大，也更難做：晶圓越大越重，要做得更厚才撐得住；切晶圓用的矽棒要拉得更粗，也更難。

錢花得多、好處又不確定，大家就停在 12 吋。

8 吋廠現在還在做什麼？

還有很多 8 吋廠在跑，做的是不需要最小開關的晶片：

• 電源管理：把電池或插座的電，轉成各部分要用的電壓。
• 功率元件：控制大電流、高電壓的開關，車子、馬達裡都有。
• 類比晶片：處理聲音、溫度、亮度這種連續變化的訊號。
• 感測器、微機電：微機電是在矽上做出會動的小結構，例如感覺得到手機轉向的感測器。

這些晶片用舊幾代的作法就做得好；很多產線的機台用了很多年，錢早就攤完，做起來又穩又便宜（新聞說的「成熟製程」是什麼？）。整套換成 12 吋，不一定划算。

大部分的晶圓是矽做的（為什麼是矽，半導體是什麼？那一篇講過），但也有一些不是。像碳化矽這種做功率晶片的材料，晶體比矽難長得多，現在常見的晶圓還是 6 吋，正在往 8 吋走（新聞說的「第三代半導體」是什麼？）。

晶圓有多厚？

不到 1 毫米。照業界標準，12 吋晶圓大約 0.775 毫米（775 微米），8 吋大約 0.725 毫米，跟一張信用卡（0.76 毫米）差不多。

越大的晶圓越厚，是因為它要撐得住自己：搬運、加熱、高速旋轉的時候，太薄就容易彎、容易裂。用矽的密度算一下重量，一片 12 吋大約 130 公克，8 吋大約 50 公克。

晶片做好之後，到封測廠包起來之前，晶圓還會從背面磨薄（封裝是什麼？）。所以裝進手機裡的晶片，比原本的晶圓薄得多。

在 fab24hr 裡

名詞卡「晶圓」寫著：這座廠用的是直徑 30 公分（12 吋）的晶圓，一盒裝 25 片。急件 H-2417 那一盒的說明卡也寫著：25 片裝進一個關得緊緊的盒子，叫 FOUP。在量產廠點蝕刻機 ETCH-03、按「拆開來看」，腔體裡那片晶圓標著直徑 30 公分。到了封測廠點切割機，說明卡寫著：晶圓先從背面磨薄，再沿著切割道切開。

遊戲裡沒有 8 吋廠，也沒有說工廠是幾奈米。公司、人物、批號和機台編號都是虛構的；晶圓的尺寸、厚度和為什麼越做越大，照公開的一般資料與業界標準寫。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。