缺陷檢測是什麼？晶圓上的顆粒和刮傷怎麼找

晶圓廠說的缺陷檢測（英文 defect inspection，也有人叫缺陷檢查），就是把晶圓整片看過一遍，找出不該有的東西在哪裡：多出來的微粒（也叫顆粒、particle）、一道刮傷、缺了一角的圖案、該洗掉卻留下來的殘渣。找到之後，挑一部分用電子顯微鏡看清楚是什麼，再把所有的點畫成一張地圖，看它們怎麼分布，判斷是哪一站、哪一台機台出了問題。

缺陷檢測和量測差在哪？

量測問的是「多少」：膜多厚、線多寬、上下兩層對得多準，看一個數字對不對。檢測問的是「有沒有」：哪裡多了東西、哪裡少了東西。兩者怎麼分工、膜厚和線寬怎麼量，「晶圓廠怎麼知道做對了沒？」講過了；這篇只講檢測，從頭到尾走一遍。

晶圓上的缺陷長什麼樣子？

常見的有這幾種：

• 多了東西：微粒、上一站留下的殘渣、乾掉的水痕。
• 少了東西：圖案缺一角、一條線斷掉。
• 連在一起：兩條本來分開的線，中間多了一小塊，接在一起。
• 刮傷：被硬的東西拖過去，留下一道線。

不是每一個缺陷都會讓晶片壞掉。落在晶片和晶片之間的空隙，或不要緊的地方，晶片照樣能動；剛好讓一條線斷掉、兩條線連在一起，那一顆就壞了。線越細，能弄壞它的微粒就越小；缺陷越多，壞的晶片越多，良率就越低（見「新聞說的「良率」是什麼？」）。

缺陷怎麼找？一步一步看

第 1 步：用光把整片晶圓掃過一遍

檢測機用光照著整片晶圓一路掃過去，看到可疑的地方，就記下位置和大概多大。用光，是因為它夠快，一整片都掃得完；電子顯微鏡看得清楚得多，卻慢太多，用它掃整片，貨會一直卡在那裡。不先整片掃，就只能看幾個角落，掉在別處的東西全都漏掉。

第 2 步：跟隔壁的晶片比，記下不一樣的地方

一片晶圓上每一顆晶片的圖案都一樣，所以機台把每一顆跟隔壁那一顆比，一樣的地方不管，不一樣的地方記成一個可疑的點，連同座標。要這樣比，是因為晶片上本來就滿是線，只看一張影像，分不出哪條線是設計好的、哪一塊是多出來的。不跟鄰居比，滿滿的線全都像缺陷，真的缺陷反而埋在裡面。

第 3 步：挑一部分，用電子顯微鏡看清楚（缺陷複檢）

光學只知道「這裡有東西、大概多大」，看不出是什麼，所以再用電子顯微鏡照著座標，挑一部分點拍近照、分類：微粒、刮傷、殘渣，還是兩條線連在一起；這叫缺陷複檢（defect review），現在常由電腦先分類、人再確認。要分類，是因為不同的缺陷來自不同的地方。不看清楚就去修，很可能修錯機台。

第 4 步：把所有的點畫成缺陷地圖，看它們怎麼分布

每一個點都有座標，畫在一張晶圓的圖上，就是缺陷地圖。要看形狀，是因為散開、聚成一團、排成一條線，各自指向不同的原因（下一節）。只數「這片有幾個點」，看不出問題在哪一站：同樣 30 個點，散開的和排成一道弧的，是兩回事。

第 5 步：超過管制界線，就停下來找原因

每掃一片，缺陷的數目就在管制圖上點一個點；點跑出界線，就把這批先 Hold 住，照 OCAP 一步一步查：這片走過哪幾台機台、從哪一批開始變多（見「SPC 管制圖是什麼？」「OCAP 是什麼意思？」）。要停，是因為原因如果還在，後面的貨也會中。不停下來，出事的機台會一批接一批做下去，壞掉的晶圓越來越多。

缺陷地圖上的形狀，各自指向什麼？

下面是教科書和論文常提的方向，都只是線索，不是答案：

• 散得沒有規律：比較像隨機落下的微粒，很難找到單一的原因。
• 聚成一團：某一處出了狀況，例如藥液留下的污漬，或機台裡掉下來的一團碎屑。
• 一條線、一道弧：常是刮傷。可能是搬運的手臂刮到；也可能是 CMP 研磨時，研磨液裡聚成一團的大顆粒、研磨墊上的碎屑被拖過去（見「CMP 是什麼？」）。
• 集中在邊緣：晶圓最外圈本來就最難做均勻，夾住、搬動晶圓時碰的也是邊緣。
• 每一個曝光格的同一處都有：曝光機一格一格印，問題常跟著光罩走：光罩上一個髒點，每印一格就印一次（見「光罩工程師在做什麼？」）。一格裡常有好幾顆晶片，髒點只印在其中一顆上，第 2 步跟隔壁比還比得出來；一格只有一顆時，相減會一起消掉，要靠跟設計圖比、或直接檢查光罩來找（見「晶圓廠怎麼知道做對了沒？」）。

還有一招：同一片晶圓在某一站之前掃一次、之後再掃一次，多出來的點，就是這一站加上去的。專門拿來檢查機台的監控片也常這樣用（見「控片、擋片、監控片是什麼？」）。

晶圓做完之後，針測會把每一顆晶片的好壞照位置畫成晶圓圖（見「WAT 是什麼？晶圓圖怎麼看出哪裡出錯」）。把中途的缺陷地圖跟它疊在一起，就看得出哪一種缺陷落到的晶片真的壞了、哪一種不要緊。晶圓圖的讀法跟缺陷地圖很像：

為什麼不是每一片、每一站都掃？

掃一片要時間，檢測機也有限；每一片、每一站都掃，貨就全排在檢測機前面，一片晶圓做完的時間跟著拉長。越想找小的東西，掃得越慢，假警報也越多：膜厚、線寬在規格內的一點點差異，也可能被當成「不一樣」。

所以大多是抽樣：一批（一盒最多 25 片）常只挑其中幾片去掃，而且排在重要的步驟後面，例如黃光顯影完、蝕刻完、CMP 磨完。顯影完那一道特別要緊：圖案還只在光阻上，有問題可以洗掉重工，刻下去就回不去了。新的製程、剛修好的機台，掃得勤一點；穩定了，就少掃一點。

微粒從哪裡來？

大致有四個地方：

• 人：皮屑、頭髮、衣服的纖維，所以進無塵室要穿無塵衣（見「無塵室為什麼要穿全身無塵衣？」）。
• 機台：會動的零件會磨出碎屑；腔體牆上一層一層積的東西，厚了會剝落；搬晶圓的手臂也可能刮到、碰到。
• 化學品、水和氣體：藥液、清洗用的水、送進機台的氣體，裡面的小顆粒會跟著上到晶圓。
• 空氣：靠天花板的濾網和往下吹的風擋住（見「無塵室有多乾淨？」）。

所以缺陷地圖上多了點，要找的不只是誰帶了灰塵進來，也常是哪一台機台、哪一桶藥液出了問題。

在 fab24hr 裡

按「進廠」、選「打工人的一天」，在「今天你是」卡片上點「量產廠」，左右滑到設備工程師，名字下面點「CMP」，就是 CMP 設備工程師。午班 13:40，CMP 製程的品妤打來：MET-05 剛掃完上午在 CMP-02 磨的監控片，表面有幾道彎的刮痕，同一個時段磨的 C-4111 她先 Hold 住了。你到 MET-05 看缺陷掃描圖，從一堆亮點裡點出這一次的事：三道平行、彎的方向一樣的線，是被拖出來的；邊緣幾顆、零零散散的小亮點，平常就有。接著到研磨液供應櫃，一樣一樣對，找出是過濾器堵了。

同一座廠的黃光製程工程師，晚班 18:30 收到顯影後檢查的訊息：P-8A02 每一片都有同一種缺陷；你要在整片晶圓的曝光格裡，找出每一格同一處都有的那個點。清洗製程工程師的早班，監控片洗完的顆粒數三天來一路往上爬，你把洗之前、洗之後一片一片對。品保工程師的深夜班，出貨前的表面檢查 25 片抽 5 片，兩片邊緣有刮痕，其中一道劃進了放晶片的地方。

遊戲裡的公司、人物、機台編號和批號都是虛構的；缺陷檢測怎麼做、刮痕和微粒從哪裡來，照公開的一般資料寫。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。