半導體入門・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。

一條代表一片晶圓好幾個月的長條，只有幾小段是真正在機台裡加工，大部分時間在排隊等機台、等搬運、等量測；下方是天花板的軌道，天車把晶圓盒吊到機台門口。 — 比例是示意。晶圓裝在密封的晶圓盒裡，沿著天花板的軌道在機台之間移動。

一步一步

機台 24 小時都在做，晚上也不停。
為什麼機台很貴、每天都在折舊；做 24 小時，攤到每片的折舊約只有做 8 小時的三分之一。
不這樣會怎樣晚上整條線一停，每一片的完成時間都拉長，交貨跟著往後延。
常見的排法：人分四組、12 小時一班輪流顧。
為什麼要讓廠裡 24 小時有人，又不讓同一個人一直上班。
不這樣會怎樣同一組人撐不了 24 小時；輪班就要交接，交接沒做好，下一班接不住上一班留下的事。
晶圓裝進密封的 FOUP，由天花板上的天車送。
為什麼一顆看不見的微粒就能弄斷一條線，而人是無塵室裡最大的微粒來源。
不這樣會怎樣人自己搬，裝滿一盒約七到九公斤，一天搬很多次吃不消；也容易拿錯盒子、送錯機台。
讓 MES（製造執行系統）記住每一批在哪；進機台前，先核對站、機台、Recipe 和 Q-time。
為什麼機台不知道自己拿到錯的貨，會照錯的條件很準地做完。MES 也記下每一片在哪台、哪個腔、用哪份 Recipe、幾點做的，出事時往回追就靠它。
不這樣會怎樣跑錯站、下錯 Recipe 沒被攔下，整盒可能要重工甚至報廢；查不到紀錄，出事時只能把一整段時間的貨全擋下來。
機台不排到滿，留一點空檔。
為什麼晶圓大部分時間在排隊；機台越接近一直沒空，隊伍就長得越快。
不這樣會怎樣排太滿，一台當機、一批重做，就可能塞住整條線。
急件每一站優先，但不能開太多。
為什麼急件少排的那段隊不會消失，是排在後面的貨多等出來的。
不這樣會怎樣大家都是急件，急件之間也要排隊，就等於沒有急件。
機台照排程停下來保養，做完先測過才接貨。
為什麼腔體會積東西、零件會耗損；還沒壞，做出來的可能已經偏了。
不這樣會怎樣裝回去不等於跟原本一樣，等量測發現時，可能已經做了好幾批。

重點講解

機台太貴，停了又難再開

一般工廠晚上可以關門，晶圓廠卻連半夜三點都在運轉。原因之一是錢：機台非常貴，不管有沒有在用，價值每天都在攤掉，這叫折舊；一天做 24 小時，攤到每片晶圓上的折舊，大約只有做 8 小時的三分之一。原因之二是停了難再開：高溫爐管反覆升溫降溫會受傷，在真空裡加工的腔體一打開，就要重新抽真空；機台停過，還要先跑測試片確認結果正常，才能放回產品。

晶圓坐在密封盒裡從天花板走，MES 記住每一批在哪

晶圓在廠裡移動時，裝在叫 FOUP 的密封盒裡，一盒最多 25 片，擋住小到看不見、卻足以弄斷一條線的微粒；天花板軌道上的小車叫天車（OHT），開到機台正上方，把盒子垂直吊下來。人不自己搬，是因為一盒裝滿有七到九公斤，人會帶來微粒，也容易送錯。下一站去哪也不靠人記，因為晶圓長得都一樣，看不出做到第 3 層還是第 30 層。工廠的電腦系統 MES（製造執行系統）記住每一批的路線和現在在哪一站，進機台前先核對這一批該不該在這裡、機台能不能做、用哪一份 Recipe（機台照著跑的設定）、Q-time（步驟之間等待時間的上限）過了沒，都對了才放進去；量到的數字出界、Q-time 過了，就在 MES 上把它 Hold 住（扣住不往下走），系統不再派它。

幾個月裡，晶圓大多在排隊

一片晶圓要走幾百道步驟，從放上生產線（投片）到做完，業界常說平均三個月左右，這段時間叫生產週期。像去醫院做健康檢查，每一項只要幾分鐘，一個上午卻大多坐在走廊等叫號；晶圓真正在機台裡加工的時間，也只占一小部分，其餘都在等：等機台、等搬運、等量測、等人決定。機台排得越滿，隊就排得越長。

派工：急件、Q-time、保養互相拉扯

每一台機台下一批做誰，多半交給派工系統：它讀 MES 的資料，看每一批在哪、急不急、還剩多少時間，哪幾台現在能做，照規則排出每一台的下一批；資料不即時，就可能把貨派給已經停了的機台。排的時候，有三件事在搶機台的時間。Q-time 是某一站做完後，下一站必須在多久之內開始的上限，因為晶圓表面放久了會變質；急件是每一站通常都優先的貨，它少排的隊，是別的貨多等出來的；保養（PM）是機台還沒壞，就照排程停下來清潔、換零件。機台一停，倒數照樣在走，所以排貨要先看誰最等不了：急件還趕得上，就讓快過期的貨先做。

常見誤解

常聽到晶圓廠 24 小時運轉，就是要把每一台機台都排得滿滿的。: 其實晶圓廠通常不會把最忙的機台排到 100%。就像收銀台越接近一直沒空，隊伍就長得越快；機台排太滿，晶圓等待的時間會急速變長，一台當機、一批要重做，就可能塞住整條線。24 小時運轉，是為了讓晶圓一直流動。
常聽到機台沒壞，就不必停下來修。: 其實腔體裡會慢慢積東西，零件會耗損，機台還沒壞，做出來的晶圓可能已經偏了。照排程先停下來保養，人、零件和時間都先準備好；等壞了再修，常常碰上半夜或貨最多的時候，要停多久也說不準。