半導體入門：跟著晶片的一生
給想從零開始認識半導體的人
一份免費的課程大綱，跟著一顆晶片的一生走：從半導體產業在做什麼，到晶圓廠裡一層一層怎麼做、怎麼知道做對了，再到晶圓廠裡的人和未來。每個單元有一到幾篇白話文章、遊戲 fab24hr 裡的一章或一班，以及沒有標準答案的討論題；講晶圓廠和封裝測試的單元，大多還有可以拆開來看的 3D 機台。不用安裝、不用登入，手機就能讀、就能玩。
- 6晶圓與無塵室
- 7晶片怎麼做：流程總覽
- 8清洗：步驟之間把晶圓洗乾淨
- 9爐管：用高溫氧化與退火
- 10薄膜：一層一層長上去
- 11微影：把圖案印上去
- 12蝕刻：照著圖案刻下去
- 13摻雜：離子植入與退火
- 14導線與研磨：CMP 與一層一層的金屬
- 15製程整合：把幾百道步驟排成一條路
- 16一座 24 小時不停的工廠
第一部 半導體在做什麼
晶片是什麼、裡面多到上百億個的開關在做什麼，以及整個產業從上游到下游各做什麼、怎麼合作。
單元 1半導體與晶片是什麼
「半導體」這個詞，常常同時指一種材料和一整個產業。先把最常混在一起的幾個詞分清楚：半導體、晶圓、晶片、積體電路。
學到什麼
- 說得出半導體和導體、絕緣體差在哪，以及為什麼「導不導電可以控制」這麼重要。
- 分得清晶圓、晶片、積體電路，知道平常說的「半導體業」是哪幾種公司在分工。
- 知道一顆晶片大致經過設計、晶圓廠製造、封裝測試三段。
- 必讀半導體入門：半導體是什麼？半導體廠在做什麼？半導體是什麼？為什麼叫「半」導體？晶片是什麼？跟晶圓、積體電路、半導體差在哪
- 玩按「進廠」開始：選「晶片的一生」跟著一顆晶片走完全程，或選「打工人的一天」在廠裡當一個人過一班
想一想
- 你身邊有哪些東西裡面有晶片？如果明天全世界的晶片少一半，你的一天會先在哪裡卡住？
- 一顆晶片由好幾種公司分工做完，而不是一家公司從頭做到尾。這樣分工有什麼好處？又有什麼風險？
單元 2電晶體：上百億個開關
晶片能算、能記，靠的是很多用電控制的小開關，手機晶片上就有上百億個。這個單元從一個開關講到處理器和記憶體。
學到什麼
- 用「開關」說明電晶體在做什麼、為什麼平常不通，以及 0 和 1 其實是一條線上電壓的高低。
- 說明兩種開關為什麼要配成一對（CMOS），以及開關串起來、並起來，怎麼變成邏輯閘，再組成會做加法的電路。
- 知道電晶體做小帶來的好處，以及晶片為什麼什麼都沒做也會耗電。
- 必讀電晶體是什麼？一顆手機晶片裡為什麼有上百億個開關CMOS 是什麼？晶片裡的開關為什麼要兩種配成一對邏輯閘是什麼？開關怎麼變成會算的晶片
- 延伸記憶體和處理器差在哪？DRAM 和快閃記憶體又差在哪晶片為什麼會耗電？什麼都沒做時的待機電流與漏電
- 玩從第 10 章「待機電流」開始：一顆晶片什麼都沒做，卻太耗電
想一想
- 手機放著不用，電還是會慢慢掉。電去了哪裡？用這個單元讀到的東西試著解釋。
- 一種記憶體斷電就忘，另一種斷電還記得。手機為什麼兩種都要？生活裡有沒有類似的分工？
單元 3產業鏈：上中下游各做什麼、怎麼合作
一顆晶片從材料、設計、光罩、晶圓廠、封測，一路到裝進手機，常常要經過好幾家公司。先看清楚每一站做什麼、為什麼常是別家做，再跟著一張訂單，從選製程走到晶圓送進封測廠。
學到什麼
- 說得出產業鏈上每一站做什麼、為什麼常是不同的公司，也看得懂新聞說的上中下游用的是哪一種切法。
- 分得清 IC 設計公司、晶圓代工、IDM 和封測廠，知道為什麼會這樣分工，以及斷了一環為什麼整條都會慢。
- 說得出設計公司從選製程、下線、做光罩、投片到送進封測廠的每一步，以及新產品為什麼常先共乘、先做工程批。
- 必讀半導體產業鏈的上中下游，各在做什麼？新聞說的 IC 設計、晶圓代工、IDM 差在哪？新聞說的「晶圓代工」是什麼？幫別人做晶片是什麼生意IC 設計公司怎麼跟晶圓廠合作？從下單到交貨，一步一步看
- 延伸晶片為什麼這麼貴？
- 玩從第 4 章「提早兩週」開始：可靠度測試還要三週，客戶想先風險投片，你來給建議
想一想
- 代工廠常同時幫好幾家互相競爭的公司做晶片。如果你開一家小小的設計公司，把最值錢的設計交出去之前，你會想先問清楚哪些事？
- 第一次做晶片，可以先搭共乘（MPW），也可以直接開自己的一整套光罩。如果由你決定，你會看哪些事？兩種做法各要付出什麼？
第二部 晶片誕生之前
一顆晶片在進晶圓廠之前，怎麼從一個需求變成設計，交出去做光罩。
單元 4需求、規格與 IC 設計
晶片在進晶圓廠之前，要先在電腦上整個設計好、檢查很多遍：大的晶片有上百億個電晶體，畫不完也查不完，每一步都靠設計軟體，有些區塊還是買來的。從「要做什麼」到交出設計圖，每一步都在避免下線之後才發現錯。
學到什麼
- 說得出數位晶片從規格、寫出行為、驗證、合成、佈局繞線到簽核下線的順序，以及每一步用哪一類設計軟體（EDA）。
- 說明驗證怎麼做：照規格出題、看覆蓋率、用數學證明，以及為什麼下線之後才發現錯特別貴。
- 知道晶片裡哪些區塊常是買來的矽智財（IP）、軟的和硬的差在哪，以及晶圓廠的規則怎麼透過 PDK 接進設計。
- 必讀晶片是怎麼設計出來的？IC 設計在做什麼矽智財（IP）是什麼？晶片裡為什麼有買來的電路EDA 是什麼？設計晶片的軟體，每一步在做什麼晶片驗證是什麼？下線前怎麼確定設計是對的
- 延伸SoC 是什麼？手機裡的「系統單晶片」白話解釋類比晶片和數位晶片差在哪？IC 設計（VLSI）和晶圓廠的工作差在哪？
- 玩從第 1 章「12 片怎麼分」開始：把設計時用模型算過的角落真的做出來，看設計撐不撐得住
想一想
- 一家做助聽器的小公司第一次自己設計晶片：把麥克風的聲音變成數字的類比電路、給整顆晶片打節拍的時脈電路，可以自己畫，也可以買現成的 IP。你會怎麼決定哪些自己做、哪些用買的？買之前會先問賣的人哪些事？
- 驗證要花很多人力和時間，可是少做一點，又怕下線之後才發現錯。如果時程很趕，你會怎麼決定「檢查到這裡就夠了」？
單元 5光罩與下線：設計怎麼變成一套光罩
設計檢查過、交給晶圓廠，叫下線；之後再改，就得重做光罩。設計圖也不能直接印，要先修正、做成一套光罩。光罩是曝光的底片，上面一個印得出來的點、一點偏差，都會印進每一片晶圓的每一格，所以要畫得極準、查得極細。
學到什麼
- 說得出下線前最後要查什麼、交出去的是什麼，以及下線之後再改為什麼又貴又慢。
- 說得出光罩怎麼把圖案印上晶圓、一款晶片為什麼要幾十片，以及圖為什麼要先用 OPC 故意改過、改多少要靠電腦算。
- 知道光罩怎麼寫、怎麼檢查修補，一套為什麼那麼貴，以及送進晶圓廠之後為什麼還要再查。
- 必讀下線（tape-out）是什麼？晶片設計交出去之後，發生什麼事光罩是什麼？怎麼做出來，一套為什麼那麼貴OPC 是什麼？光罩上的圖為什麼跟晶片上的不一樣
- 延伸光罩工程師在做什麼？
- 玩當光罩工程師玩一班：光罩起了霧、多了一個點或一道刮痕，決定它還能不能上曝光機
想一想
- OPC 改得越細，光罩的資料越大，做得越久也越貴；檢查的條件越多，電腦要算得越久；可是只在最理想的條件下對，量產時就可能出事。如果下線的日子很趕，你會把時間花在哪幾層、哪些地方？為什麼？
- 光罩上一個點會印在每一格，所以光罩用一段時間就要拿下來檢查：查太勤，光罩不能用的時間變多；查太少，問題可能長大了才發現。如果由你來訂，你會怎麼拿捏？會看哪些事？
第三部 晶圓廠裡
晶圓在晶圓廠裡一步一步變成晶片：每一步做什麼、為什麼要這樣做、不這樣會怎樣。
單元 6晶圓與無塵室
晶片做在一片圓形的矽晶圓上，而且要在非常乾淨的無塵室裡做。為什麼是圓的？為什麼越做越大？要乾淨到什麼程度？
學到什麼
- 說明晶圓為什麼是圓的、12 吋和 8 吋是什麼意思，以及晶圓做大的好處。
- 用「一立方公尺的空氣裡最多有幾顆微粒」說明無塵室的等級，以及一顆微粒為什麼就能毀掉一顆晶片。
- 知道晶圓廠還要用大量的超純水和各種特殊氣體，以及為什麼要那麼小心。
- 必讀晶圓為什麼是圓的？12 吋、8 吋晶圓是什麼意思？晶圓為什麼越做越大無塵室有多乾淨？Class 100、ISO 5 這些等級怎麼算
- 延伸無塵室為什麼要穿全身無塵衣？超純水有多純？為什麼晶圓廠很耗水晶圓廠用哪些氣體？為什麼要那麼小心晶圓廠為什麼那麼耗電？
- 看風淋室 · 氣瓶櫃
- 玩當廠務工程師玩一班：水、電、空調和氣體
想一想
- 晶圓廠很耗水、耗電，對經濟又很重要。如果你住在晶圓廠附近，你會在意哪些事？會想請廠方說明什麼？
- 在無塵室裡，人是最大的微粒來源。如果讓你訂進出無塵室的規矩，你會訂哪三條？為什麼？
單元 7晶片怎麼做：流程總覽
一片晶圓要在廠裡走幾百道步驟、好幾個月。先看整張地圖，後面幾個單元再一區一區細看。
學到什麼
- 說得出一顆晶片從設計、光罩、晶圓廠、測試到封裝的大致順序。
- 知道晶圓廠的七個製程區：清洗、爐管、薄膜、黃光、蝕刻、CMP、植入，各在做什麼。
- 理解晶片是一層一層疊出來的：長一層材料、印上圖案、刻掉不要的，再重複很多次。
- 必讀晶片是怎麼做出來的？半導體製程流程一次看懂晶圓廠七個製程區各在做什麼？
- 延伸投片是什麼？一批晶圓從哪一天開始算fab 是什麼？半導體說的 fab、「進 fab」是什麼意思？Recipe 是什麼？晶圓廠機台的「配方」
- 看群集式機台
- 玩從第 2 章「一站一站」開始：七個製程區，每一區親手做一步
想一想
- 晶片為什麼要一層一層重複「長膜、印圖、蝕刻」，而不是一次做完？試著用蓋房子或其他生活裡的例子解釋。
- 一片晶圓要走好幾個月。在這麼長的流程裡，你覺得最大的風險在哪裡？要怎麼及早發現？
單元 8清洗：步驟之間把晶圓洗乾淨
晶圓每做完一步，表面都會留下看不見的東西，下一步又最怕表面不乾淨。清洗是整條流程裡重複最多次的步驟之一：洗不乾淨，下一層長不好；洗過頭，吃掉的放不回去。
學到什麼
- 說得出清洗要洗掉的四種東西，以及每一種留下來會害到什麼。
- 說明常見的標準清洗分成哪幾道、各洗掉什麼，為什麼每一道藥液之後都用超純水沖，以及一槽一槽泡和一片一片噴各有什麼好處。
- 說明濃度、溫度、時間怎麼決定洗的力道，為什麼洗太久也不行，洗完為什麼不能放太久。
想一想
- 批次式一次洗很多片；單片式一次一片，比較不會把前一片的髒東西帶到下一片。如果由你決定某一步用哪一種，你會先問哪些問題？
- 洗完的晶圓有時間上限，可是下一站的機台可能剛好當機、在保養，或前面排滿急件。下一批該不該現在洗？每一種做法各有什麼代價？
單元 9爐管：用高溫氧化與退火
在很多製程裡，電晶體閘極底下那層很薄的絕緣層，是在爐管裡用高溫長出來的；植入的原子也要靠加熱才開始導電。可是每加熱一次，前面做好的東西就再跑一點，所以熱要從頭算到尾。
學到什麼
- 說明熱氧化為什麼要高溫、新的氧化層長在哪裡，以及乾氧和濕氧各用在哪。
- 說明退火怎麼讓植入的原子開始導電，溫度和時間給得多或少各會怎樣，以及為什麼有些退火改成只加熱幾秒。
- 說得出爐管怎麼讓上百片受熱一樣（分段加熱、擋片）、怎麼確認（監控片），以及熱預算為什麼要從頭排到尾。
想一想
- 一爐放上百片一起做很有效率，可是萬一這一爐出錯，損失也大。在你的生活或工作裡，什麼時候你會選「一次做很多」，什麼時候寧可「一次做一個」？為什麼？
- 一爐跑到一半停了。整段重跑，熱預算要多用一整段；先擋下來、量過監控片只補剩下的，又要多花時間。如果由你決定，你會先想知道哪些事？
單元 10薄膜：一層一層長上去
晶片幾乎每一層都從鋪一層新材料開始，後面才有東西可以印、可以刻；膜的厚度、均勻和乾不乾淨，會一路影響到蝕刻、研磨和下一層的黃光。
學到什麼
- 說得出薄膜是什麼、為什麼每一層幾乎都從長膜開始，以及它和爐管裡的氧化、和照著晶圓格子長的磊晶差在哪。
- 分得清 CVD、濺鍍、ALD 的膜各從哪裡來、各擅長什麼，說明很多機台為什麼要先抽真空、深洞的洞口為什麼怕先封起來。
- 說明膜為什麼要厚薄均勻、不能有微粒、不能把晶圓拉得太彎，以及長完怎麼量。
- 必讀薄膜製程是什麼？晶片怎麼一層一層「長」上去磊晶是什麼？晶圓上怎麼長出一層排得整整齊齊的矽
- 延伸半導體機台為什麼要抽真空？
- 看化學氣相沉積腔 · 物理氣相沉積腔
- 玩當薄膜的製程工程師玩一班：顧好濺鍍機台長出來的每一層膜
想一想
- 一層膜「多厚」和「多均勻」，你覺得哪一個比較難顧好？如果中間厚、邊緣薄，後面的步驟可能遇到什麼問題？
- 膜厚一點、薄一點，下一站 CMP 磨出來就跟著變。如果你是薄膜的工程師，哪些事你會在下一站開口問之前，就先告訴他們？為什麼？
單元 11微影：把圖案印上去
微影（黃光）決定晶片上的圖案能做多細。它是最精密的步驟之一，最先進的曝光機也非常昂貴。
學到什麼
- 用洗照片、蓋印章的比喻，說明光阻、光罩、曝光、顯影各在做什麼，分得清正光阻和負光阻，也說得出黃光區為什麼是黃的。
- 說明曝光前怎麼對準下面那一層、印完怎麼量疊對、量到的偏差怎麼補到下一批，以及為什麼在蝕刻之前還能重工。
- 知道為什麼光的波長越短，圖案可以印得越細，193 奈米的光怎麼印出幾十奈米的線，以及極紫外光（EUV）為什麼難做。
- 必讀微影（黃光）是什麼？晶片的圖案怎麼「印」上去光阻是什麼？正光阻、負光阻差在哪疊對是什麼？晶片上下兩層為什麼要對準黃光區為什麼是黃色的？
- 延伸193 奈米的光，怎麼印出幾十奈米的線？浸潤式微影與多重曝光極紫外光（EUV）是什麼？為什麼那台機器那麼難做？
- 看塗佈顯影機 · 曝光機
- 玩當黃光的製程工程師玩一班：把電路圖案印上晶圓
想一想
- 印下一層之前要先對準上一層，差一點點就可能整片不能用。你的生活裡，有哪些事也得「對準上一層」？對歪了會怎樣，你又怎麼確認對準了？
- 最先進的曝光機非常昂貴。機器貴到這種程度，對晶片的價格、對誰做得起最先進的晶片，可能有什麼影響？
單元 12蝕刻：照著圖案刻下去
黃光只把圖案印在光阻上，下面的材料還一點都沒動；要靠蝕刻把圖案真的刻進晶圓，而且刻錯了很難重來。
學到什麼
- 說明蝕刻和黃光的關係：光阻怎麼當模板，蝕刻為什麼只拿掉沒蓋住的地方。
- 分得清濕蝕刻和乾蝕刻，說得出電漿是什麼、為什麼它刻得又直又挑材料，以及選擇比是什麼。
- 說明機台怎麼知道刻穿了、為什麼還要多刻一段、刻太少刻太多各會怎樣，以及腔體為什麼要天天盯。
想一想
- 終點偵測說刻到了，機台還要多刻一段：太短，有的洞不通；太久，傷到下面那一層。如果由你來定多刻多久，你會先看哪些資料？
- 機台半夜出事，一片晶圓刻到一半卡在裡面。等更多資訊再決定，和先動手處理，各有什麼代價？（玩完第 6 章再想）
單元 13摻雜：離子植入與退火
很純的矽幾乎不導電；晶片要的是「這一小塊導電、旁邊那一小塊不導電」，所以要把一點點別的原子，加進對的地方、對的深度。
學到什麼
- 說明純的矽為什麼幾乎不導電、n 型和 p 型差在哪，以及 n、p 怎麼排，開關才會平常斷著、閘極加上電壓才通。
- 說明植入機怎麼把原子打進矽裡、能量和劑量各決定什麼，以及光阻怎麼擋住不要打的地方。
- 說明打完為什麼要退火、打錯為什麼救不回來，以及為什麼打之前要核對、打之後要量片電阻。
想一想
- 打錯的晶圓外表一模一樣，常要很久以後才發現。如果放貨前一行一行核對的人是你，你會用什麼方法讓自己不漏看？誰應該再幫你看一次？
- 退火要烤得夠，又不能烤太久。「多做一點比較保險」和「做太多反而壞事」同時成立的時候，你會怎麼決定停在哪裡？
單元 14導線與研磨：CMP 與一層一層的金屬
電晶體要用一層一層的金屬導線接起來才有用；導線怎麼挖、怎麼填銅、怎麼磨平，決定電接不接得通，也決定晶片跑得快不快。
學到什麼
- 說明晶片為什麼像一棟大樓：底下是電晶體，上面疊一層一層的導線，靠通孔和接觸窗上下接通。
- 說明銅為什麼要先挖溝再填（鑲嵌）、為什麼要先鋪阻障層，以及沾過銅的機台和晶圓為什麼要跟前段分開。
- 說明 CMP 為什麼要磨平、磨到哪裡停、磨太少磨太多各會怎樣，以及導線為什麼越來越拖慢晶片。
想一想
- 研磨墊用久了會變滑，同樣的時間磨掉的量越來越少。現在停兩小時換墊子，和先把研磨時間加長撐著，各有什麼代價？誰會受影響？
- 上一站長的膜厚了一點，還在規格裡，下一站 CMP 磨出來就跟著變。兩站之間，誰應該先發現？誰應該先開口？
單元 15製程整合：把幾百道步驟排成一條路
每一站都做對了，晶片也不一定會動：幾百道步驟要排成一條流程，步驟跟步驟之間的影響，要有人從頭看到尾。
學到什麼
- 照順序說出一顆電晶體怎麼做出來：隔離、井、閘極、源極和汲極、退火、接點、第一層金屬，以及每一步為什麼要做。
- 說明順序為什麼不能隨便換（金屬怕高溫、熱會累積），以及有些步驟之間為什麼不能等太久（Q-time）。
- 說明每一站都在規格裡、晶片卻可能不對的原因，以及整合工程師怎麼從結果往回找。
- 必讀一顆電晶體是怎麼做出來的？從隔離到第一層金屬，一步一步看製程整合工程師（PIE）在做什麼？跟製程工程師差在哪？Q-time 是什麼？為什麼晶圓不能放太久
- 玩當製程整合工程師玩一班：你顧的不是一台機台，是一個產品從第一站到最後一站
想一想
- 改一個條件，這一站變好了，後面某一站卻可能變差。誰應該有權決定改不改？決定之前，要先看到哪些資料？
- 下一站的機台突然停了，一批晶圓的 Q-time 正在倒數。等機台修好，和把上一站重做一次，各有什麼代價？
單元 16一座 24 小時不停的工廠
晶圓廠不關燈：晶圓裝在密封的盒子裡、沿著天花板的軌道移動，有些步驟之間不能等太久，急件和機台保養也都要排進去。
學到什麼
- 說明晶圓廠為什麼 24 小時運轉，停下來的代價在哪裡。
- 知道晶圓怎麼在廠裡移動、MES 怎麼記住每一批走到哪，以及一片晶圓為什麼要做好幾個月。
- 理解排貨的取捨：急件、步驟之間等待時間的上限（Q-time）、機台保養怎麼互相牽動。
- 必讀晶圓廠為什麼 24 小時不停？晶圓怎麼在廠裡移動？晶圓盒（FOUP）和天花板上的天車MES 是什麼？晶圓廠的電腦怎麼知道每一批晶圓走到哪一片晶圓要做多久？生產週期為什麼要好幾個月
- 延伸Hot lot 是什麼？急件為什麼不一定排第一機台上的紅黃綠燈是什麼意思？
- 看天車 OHT · 儲位架
- 玩當製造部玩一班：顧著一整區的貨往前走
想一想
- 輪班讓工廠不停，但人需要睡覺。一座不停的工廠，該怎麼照顧在裡面工作的人？
- 一批急件插隊，排在前面的貨就要等。急件該不該永遠排第一？誰來決定、根據什麼決定？
第四部 怎麼知道做對了
晶圓廠怎麼量、怎麼每天盯著數字、怎麼算良率，出了問題又怎麼一步一步處理。
單元 17量測與檢測：量什麼、量幾片
一片晶圓要走幾百道步驟、好幾週到幾個月，才能通電測試；等到最後才發現錯就太晚了，所以每做完重要的一步，就要先確認做對了沒。
學到什麼
- 說明為什麼不能等晶圓做完才檢查，而要做到一半就先量。
- 分得清量測和檢測，說得出膜厚、線寬、疊對大致各怎麼量，以及缺陷檢測和缺陷複檢差在哪。
- 說明為什麼量測和缺陷掃描多半抽樣、還要放監控片，以及量得多、量得少各要付什麼代價。
想一想
- 量得多比較放心，量得少貨走得快。如果你顧的機台最近有點不穩，你會怎麼決定多量幾批？要先跟誰商量？
- 「跟隔壁那顆比」找不到每一顆都有的問題。你的生活或工作裡，有沒有「大家都一樣，所以看不出來」的錯？要怎麼找？
單元 18管制圖與日常監控
量到的數字要跟一把尺比，才知道製程還是不是跟平常一樣；管制圖就是那把尺，讓人在東西做壞之前，先看到製程在變。
學到什麼
- 說明管制界線從哪裡來、跟規格界線差在哪，分得清 OOC 和 OOS。
- 說明為什麼還在規格內、甚至還沒有一點超出界線，也可能要停下來找原因。
- 說出監控片、FDC 和 APC 各看什麼、什麼時候看，以及系統照規則每批補正為什麼跟「界線裡先別調」不衝突。
- 必讀SPC 管制圖是什麼？OOC 和 OOS 差在哪控片、擋片、監控片是什麼？機台每天怎麼證明自己還好APC 是什麼？晶圓廠怎麼量完自動補正：回饋與前饋FDC 是什麼？機台的感測器怎麼一直被盯著
- 延伸機台保養（PM）是什麼？為什麼機台要定期停下來晶圓廠的變更管理是什麼？改一個條件為什麼要那麼多人簽
- 玩從第 7 章「救火」開始：信箱裡有 OOC 的批等你判，量測機上還有一張連續 8 點偏低的管制圖
想一想
- 管制圖顯示「還在規格內，但已經跟平常不一樣了」，貨在等。放行和留著再查，各會讓誰付出代價？
- 管制圖的判讀規則、FDC 的門檻，訂得越緊越早發現，誤報也越多；訂得太鬆，慢慢變壞的又看不到。如果由你來訂，你會怎麼拿捏？被誤報叫去很多次的人，下一次還會認真看嗎？
單元 19良率與晶圓圖
晶圓廠最後交出去的是好的晶片：良率說好的有幾成，晶圓圖說壞的在哪裡，兩個一起看，才知道要回頭找哪一站。
學到什麼
- 說明良率怎麼算、為什麼每一步只差一點點乘起來就差很多，並用缺陷密度說明晶片越大為什麼良率越低。
- 分得清 WAT 和晶圓圖：一個量切割道上的測試鍵，一個把每一顆晶片都測過。
- 從晶圓圖上壞的形狀，說出它常指向哪一類問題，並說明新製程的良率怎麼一輪一輪爬上來（良率學習）、為什麼越爬越慢。
- 必讀新聞說的「良率」是什麼？為什麼差 1% 差很多晶片越大，良率為什麼越低？缺陷密度、良率模型與良率怎麼提升WAT 是什麼？晶圓圖怎麼看出哪裡出錯
- 玩從第 3 章「壞的形狀」開始：WAT 有一片不合格，再從三張晶圓圖點出不對勁的地方
想一想
- 良率從 90% 提高到 95%，對工廠、對買晶片的公司、對用產品的人，各代表什麼？
- 一張晶圓圖上壞的排成一格一格，可能是光罩，也可能是探針卡。兩邊各要花多少力氣去確認？你會先查哪一個，為什麼？
單元 20出問題怎麼辦：從警報到不再發生
再小心的工廠也會出事；差別在出事的那幾分鐘有沒有照順序做，以及事後有沒有把讓錯發生的洞補起來。
學到什麼
- 說出出事之後的順序：先停住、先擋住，再確認、劃出範圍、一片一片判怎麼處理、找原因，並說明為什麼是這個順序、常由誰來判。
- 說明異常處置計畫（OCAP）為什麼要事先寫好，沒寫到的情況又怎麼辦。
- 說明根本原因怎麼用 5 Why 一路問到改得了的那一層、為什麼找的是流程的洞而不是誰比較粗心、哪一種對策最可靠，以及為什麼要看到證據才結案。
- 必讀OCAP 是什麼意思？Hold 是什麼？一批晶圓被擋下來之後，放行、重工、報廢誰決定根本原因分析是什麼？8D、5 Why 怎麼用
- 延伸失效分析（FA）是什麼？壞掉的晶片怎麼找出原因MO 是什麼？晶圓廠說的「誤操作」
- 玩從第 8 章「趕時間」開始：補做凌晨卡住的那一片，再到檢討會上把流程的洞補起來
想一想
- 凌晨三點機台亮紅燈，貨在等、工程師在睡，旁邊的人說按一次 reset 通常就過了。照 OCAP 打電話和先試試看，各會付出什麼代價？
- 想一個你生活裡反覆出現的小失誤，例如出門忘了帶鑰匙。如果不怪自己粗心，而是找「哪裡讓人容易忘」，你會怎麼改，讓它做不出來或忘不了？
第五部 晶圓做完之後
晶圓出廠以後，晶片怎麼測試、封裝，怎麼確認能用好幾年、挑掉體質弱的，再包裝出貨、焊上電路板，裝進你手上的產品。
單元 21封裝與測試
晶圓做好，還不是能用的晶片。要先測過、切開、接線、包起來，再測一次，才能裝進產品。
學到什麼
- 說明封裝做的三件事：保護晶片、把接點接到外面、幫晶片散熱。
- 分得清晶圓針測（CP）和成品測試（FT）各在什麼時候做、各抓什麼問題。
- 知道打線和覆晶兩種接法差在哪，也看得懂 BGA、QFN 這些封裝名字在說什麼。
- 必讀封裝是什麼？晶片做好了為什麼還要包起來晶片怎麼測試？針測（CP）和成品測試（FT）差在哪打線是什麼？晶片怎麼接到外面
- 延伸晶片的封裝有哪些樣子？BGA、QFN 這些名字是什麼意思探針卡是什麼？晶圓上的每一顆晶片怎麼通電測覆晶是什麼？晶片怎麼用錫球接到外面OSAT 是什麼？封測廠在做什麼？SiP 是什麼？把晶片和小零件包成一個小模組
- 看晶圓針測機 · 打線機 · 封膠機 · 成品測試
- 玩從第 11 章「球掀起來了」開始：打線的拉力測試有兩條偏低
想一想
- 測得越多越可靠，但也越貴、越慢。如果你負責一顆助聽器晶片，你會怎麼決定測到什麼程度？
- 為什麼有些公司專門做封裝和測試，而不是全部交給晶圓廠做？
單元 22可靠度、出貨與裝進產品
測試只問晶片「現在好不好」，可是它要在產品裡用好幾年。這個單元看怎麼在幾個星期裡知道好幾年後的事、怎麼挑掉體質弱的，以及晶片怎麼包裝出貨、焊上電路板，裝進你手上的產品。
學到什麼
- 說得出可靠度測試問的是什麼、怎麼用加速的條件在幾個星期裡推算好幾年，以及幾種常見的考法各在考什麼。
- 看得懂浴缸曲線，分得清可靠度測試（抽樣）和預燒（每一顆），也知道良率特別差的批為什麼要多小心。
- 說得出晶片怎麼裝進捲帶、怕潮的為什麼要防潮包裝，以及組裝廠怎麼用 SMT 把它焊上電路板。
- 必讀可靠度測試是什麼？晶片要用好幾年，怎麼在幾週內知道晶片怎麼出貨？捲帶、防潮包裝與濕度敏感等級晶片怎麼焊到電路板上？SMT 表面黏著與回焊
- 延伸預燒是什麼？晶片為什麼要先「燒」過
- 看可靠度烤箱 · 打件線
- 玩從第 12 章「出貨前一晚」開始：先抽樣跑兩天看早期失效，還是明天照常出貨，由你決定；再到出貨區看最後一關的防潮包裝
想一想
- 明天早上就要出貨，可靠度實驗室說可以先抽幾百顆、高溫加電跑兩天看早期失效，可是整批要晚一週。如果由你決定，你會想先知道哪些事？又會先跟誰談？
- 防潮袋外面的警示標籤只是幾格字：等級、封袋日期、拆袋後多久內要焊完。如果你在組裝廠負責把零件裝上機器，你會怎麼確保每一袋都照著做？少寫一格，會讓誰在什麼時候遇到麻煩？
第六部 人與協作
晶圓廠裡有哪些人、怎麼輪班，一顆新晶片從研發到量產誰先誰後、怎麼交接。
單元 23晶圓廠裡的人：分工、輪班與職涯
晶圓廠不只有機器。這個單元看裡面有哪些部門、誰跟誰每天要講話、出了事誰先做什麼，也看有哪些職位，輪班和待命又是怎麼回事。
學到什麼
- 說得出製造、製程、設備、製程整合、品保、生管、廠務這些部門各顧什麼，以及為什麼每個部門每天都要跟好幾個部門講話。
- 說得出一件事出了問題時，誰先擋貨、誰查原因、誰判每一片、誰確認照規定走、誰重排，也分得清製程和設備工程師怎麼分工。
- 用公開資料看待輪班、待命與工時：哪些是工作本身的性質，哪些因公司而不同。
- 必讀晶圓廠有哪些部門？誰跟誰每天要講話半導體業有哪些職位？從 IC 設計、晶圓廠到封測的職位分類製程工程師和設備工程師差在哪？半導體業很操嗎？晶圓廠的輪班、待命與工時
- 延伸技術員和工程師差在哪？什麼科系可以進晶圓廠？每個科系在廠裡做什麼？設備工程師在做什麼？晶圓廠的製造部在做什麼？生產線怎麼排貨？品保（QA）在晶圓廠做什麼？廠務工程師在做什麼？PE 是製程工程師還是產品工程師？
- 玩選一個位子玩一班，再換一個位子玩同一班，比一比
想一想
- 半夜機台出事，誰應該被叫醒？叫醒一個人的代價是什麼，不叫醒的代價又是什麼？
- 同一個時刻，例如機台當機的那一刻，製程、設備、製造部各在擔心什麼？哪一個位子你最想做、最不想做？為什麼？
單元 24從研發到量產：誰先誰後、怎麼交接
一顆新晶片從第一次在晶圓廠做出來，到能穩定大量出貨，要經過設計、晶圓廠、測試、可靠度、客戶、量產廠好幾棒，叫新產品導入（NPI）；新一代的製程，或要加新步驟的，還常先在研發線做出來、做穩。每一棒由不同的人接手，交接交得清不清楚，決定後面的人做不做得好。
學到什麼
- 說得出新產品導入（NPI）從下線、試產、改版、考可靠度、客戶確認到交給量產，每一段由誰接手，以及研發線和量產廠各在問什麼問題。
- 知道技轉要交哪些東西：標準製程（POR）、規格、作業指導書、訓練和可靠度資料。
- 知道量產之後，生管、製造部、設備、製程和製程整合怎麼分工，出事的時候話怎麼一段一段傳下去。
- 必讀研發線和量產廠差在哪？研發整合工程師在做什麼？新晶片的第一批怎麼帶新產品導入（NPI）是什麼？一顆新晶片從試產到量產，誰在哪一段接手
- 延伸生管在做什麼？晶圓廠的交期怎麼排？封測廠的客戶窗口在做什麼？
- 玩從第 5 章「最後一格」開始：明天要交給量產廠的標準製程，只差一個警報的上限
想一想
- 可靠度測試還沒跑完，客戶卻想先在量產廠投片（風險投片）：過了，客戶早一點拿到貨；沒過，先投的那幾批可能整批報廢。換成你，會怎麼把兩邊的代價講給客戶聽？
- 作業指導書是寫給一個可能沒來研發線學過的人看的。你覺得要寫到什麼程度，別人照著做才不會出錯？有哪些事，只靠寫的傳不下去？
第七部 未來
電晶體還能做多小，以及縮小之外一起走的幾條路：改電晶體的形狀、把電源線搬到晶圓背面、往上疊、用先進封裝把幾顆晶片拼在一起、換別種半導體材料、改用光送資料，其中好幾條都跟「記憶體牆」（處理器算得快，資料卻送不過來）有關；最後是怎麼讀懂新聞裡的晶片話題。
單元 25電晶體還能多小：「幾奈米」的演進
新聞天天說「2 奈米」「3 奈米」；弄懂這個數字怎麼來、為什麼越縮越難、電晶體為什麼一再改形狀，就看得懂晶片接下來往哪裡走。
學到什麼
- 知道奈米有多小，也知道「2 奈米」這類名稱是一代製程的名字，不是晶片上哪個東西的長度。
- 說明摩爾定律在講什麼，以及為什麼越縮越難：逼近原子、漏電和發熱、導線變慢、越來越貴。
- 說明電晶體為什麼從平的改成立起來的鰭（FinFET），再改成四面包住（GAA），以及電源線為什麼開始搬到晶圓背面。
- 必讀摩爾定律是什麼？為什麼說它慢下來了FinFET 和 GAA 是什麼？電晶體為什麼從平的變成立起來，再變成四面包住新聞說的「2 奈米」，是什麼東西 2 奈米？
- 延伸晶背供電是什麼？晶片的電源線為什麼要搬到晶圓背面
- 玩當黃光的製程工程師玩一班：顧好曝光機印的每一層
想一想
- 新一代通常能讓同樣的工作省一點電，或同樣的電做快一點，可是也越難做、越貴。如果你要做一顆只靠鈕扣電池的晶片，你會追最新的一代嗎？決定之前，你會先問哪些問題？
- 製程的名字早就不是真的尺寸，大家大致還是照「乘 0.7」往下取（中間也夾了一些半代的名字）。你覺得這樣取名有什麼好處、又容易讓人誤會什麼？如果讓你來取，你會怎麼取？
單元 26先進封裝與新材料：不只靠縮小
處理器算得越來越快，記憶體送資料卻跟不上，這道「記憶體牆」讓 AI 晶片常常停下來等。把記憶體疊起來貼在處理器旁邊、把晶片包在一起、更遠的路改用光，都跟它有關；再加上換材料，懂了這幾條路，新聞上一個個新名詞就接得起來。
學到什麼
- 說明記憶體牆是什麼：處理器為什麼常停下來等資料、搬資料為什麼比算還耗電，以及為什麼 AI 撞得最重。
- 說明快取、HBM、小晶片、2.5D 和 3D 各在做什麼，也知道這幾條路可以一起用、各有代價。
- 分得清寬能隙材料和矽光子各解決什麼問題，也知道它們不是要把矽和銅線全部換掉。
- 必讀記憶體牆是什麼？為什麼晶片算得快，資料卻送不夠快新聞說的「先進封裝」是什麼？晶片為什麼要並排、疊起來新聞說的「HBM」是什麼？AI 為什麼要特別的記憶體
- 延伸新聞說的「第三代半導體」是什麼？碳化矽、氮化鎵白話解釋新聞說的「矽光子」是什麼？為什麼要用光代替電來傳資料
- 玩從第 11 章「球掀起來了」開始：跟著淑惠姐走一遍封裝線，看晶片和電阻、電容一起裝進一個小模組
想一想
- 把一顆大晶片拆成小晶片，良率可能比較好，錢也花在最需要的地方；可是要多留接線的地方、封裝更難，裡面一塊壞了，整組都浪費。如果是你，什麼樣的晶片值得拆？什麼樣的你會留成一整顆？
- 對付記憶體牆，可以多放快取、在旁邊多放幾疊 HBM，也有人在研究把計算做進記憶體裡；每一條都有代價。如果你要做一台專門用 AI 回答問題的機器，你會先把錢花在哪一條？決定之前，你會想先知道哪些事？
單元 27看懂晶片新聞
新聞裡的「成熟製程缺貨」「AI 晶片」「重大突破」，用前面學到的東西就讀得懂，也看得出哪裡說得太快。
學到什麼
- 說明成熟製程和先進製程差在哪、舊幾代的作法為什麼還很重要又比較便宜，以及缺貨和供過於求為什麼常輪著來。
- 說明 AI 晶片為什麼要放很多簡單的計算單元，也知道訓練和推論用的晶片差在哪。
- 分得清新聞說的「研究做出來」「開始量產」「已經很普遍」，也說得出新技術從論文到量產為什麼常要十年以上。
- 必讀新聞說的「成熟製程」是什麼？舊幾代的晶片為什麼還很重要新聞說的「AI 晶片」是什麼？跟一般處理器差在哪新技術從論文到量產要多久？看懂晶片新聞說的「突破」
- 延伸新聞說的「車用晶片」有什麼不一樣？
- 玩當研發線的爐管研發製程工程師玩一班：遊戲裡的助聽器晶片「螢火」不是用最新的一代做的，爐管的條件還是要研發線定下來
想一想
- 找一則最近的晶片新聞，用三句白話講給家人聽。新聞裡哪些詞是這門課學過的？它說的東西走到哪一步了：研究做出來、開始量產，還是已經很普遍？哪些說法你覺得誇大，或說得不清楚？
- 一輛車、一支手機、一台 AI 伺服器，各需要什麼樣的晶片？如果只能多蓋一條產線，你會先蓋給哪一種？為什麼？
建議作業（開放式，沒有標準答案）
- 一顆晶片的一生：畫一張流程圖，從設計一直到裝進產品，標出你認為最容易出錯的三個地方，以及那裡的問題通常要到哪一步才會被發現。
- 交接單：玩完一班，替下一班寫一張交接單：發生了什麼、做了什麼決定、還有什麼沒解決。和同學交換，看對方接不接得下去。
- 把新聞翻成白話：找一則晶片新聞，用三句白話改寫給沒學過的人，並標出原文裡你覺得誇大、或說得不清楚的地方。
- 同一刻，不同的人：分組，各選一個位子玩同一班，比較機台出事那一刻每個角色看到什麼、怕什麼，寫成一頁報告。
- 找出簡化的地方：從必讀文章挑一段，找一本教科書或大學講義對照，寫下文章哪裡簡化了，簡化得合不合理。
程度與正確性
不需要物理、化學背景，國中程度的理化就夠。目標是看懂流程、分工和取捨，不是學會操作機台。
文章照公開的教科書、產業標準、大學課程講義與論文寫成，寫好之後另外複查過。為了好懂，有些地方簡化了，例如用比喻代替公式、數字多寫「大約」。想往下學，可以搭配兩類教科書：「半導體元件」講它為什麼會動，「半導體製程」講它怎麼做出來。看到錯誤，請點每篇文章最下面的「看到錯誤？回報問題」告訴我們。
遊戲裡的公司、人物、機台編號、批號和數字是虛構的，不代表任何一家公司的實際做法，也不能拿來當操作訓練。真實的是工作的樣子：輪班、交接、步驟之間等待時間的上限、測機、照程序處理異常。
引用與課堂使用
這份大綱、文章、機台的短片與大圖、學習單：課堂與非營利可以免費使用，投影、放進講義、印給學生都可以，請註明 fab24hr；不能販售，也不能改成自己的作品。
引用格式，例如：〈半導體入門：跟著晶片的一生〉，fab24hr，2026 年 10 月。https://fab24hr.com/learn/
想在一節課裡用遊戲：在課堂上玩 fab24hr有 20、40、50 分鐘的流程；學習單可以直接列印；晶圓廠的機台，拆開來看有 31 台機台的連結與 QR code。
常見問題
這是正式的課程嗎？要付費、要註冊嗎？
不用付費、不用註冊。這是一份免費的課程大綱：每個單元連到這個網站上的白話文章和一款在瀏覽器裡玩的晶圓廠遊戲，講晶圓廠和封裝測試的單元大多還連到可以拆開來看的 3D 機台。沒有考試、沒有證書，老師可以照自己的課調整順序和份量。
沒有理工背景看得懂嗎？
看得懂。文章寫給完全外行的人，行話都有白話解釋，國中程度的理化就夠。目標是看懂流程、分工與取捨；想往下學，再搭配「半導體元件」與「半導體製程」的教科書。
有英文、日文版嗎？
有。這份大綱、文章和遊戲都有繁體中文、英文和日文版：英文在 fab24hr.com/en/learn/，日文在 fab24hr.com/ja/learn/。國外的老師可以直接用英文版。
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