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晶圓廠裡約 5 分鐘

機台修好了,為什麼還要「測機」?

機台修好了還要測機,是因為「修好」只證明機台會動,還沒證明它做出來的東西是對的。測機就是機台保養或修好之後,先放幾片不出貨的空白晶圓(測機片)進去,照一份固定的條件跑一次,量做出來的結果:在規格裡,也跟這台平常的數字差不多,機台才能復機,回到生產。英文常叫 qualification,簡稱 qual;保養後再做一次的,也叫 requalification。

有點像修車廠換完煞車,技師會先自己開一圈、踩幾次煞車,才把鑰匙交還給你。保養完要過哪幾關,「機台保養(PM)是什麼?」有一張清單;這一篇只講其中的測機。

修好了,為什麼不能直接跑貨?

三個原因:

  1. 腔體跟之前不一樣了。換過零件、開過腔體,內壁的狀態、裡面殘留的水氣、零件的位置,都跟停機前不同。剛清乾淨的內壁,頭幾片反而刻得跟平常不一樣,研究的人把這叫「第一片效應」(first wafer effect)。
  2. 修的過程本身可能出錯。一個零件沒坐正、一個接頭沒鎖到位,當下常看不出來。
  3. 賭輸的代價差太多。測機片是空白片,做壞了換一片就好。客戶的貨一盒最多 25 片,每一片都已經走過前面很多站;拿它來試,跑錯一批,損失遠比幾片測機片大。

測機怎麼做?一步一步看

第 1 步:機台停下來

做什麼:機台照排程保養,或是壞了跳 alarm,狀態轉成 Down,後面的貨先不要進。為什麼:要打開、要動手,裡面不能有貨在跑。不這樣會怎樣:貨照排進去,在壞掉或拆到一半的機台裡做壞。

第 2 步:設備修好、交機

做什麼:設備工程師換零件、裝回去、抽真空、測漏,確定硬體正常,就交機給製程工程師。為什麼:先把「會不會動」確定,測機量到的才是「做得對不對」。不這樣會怎樣:接頭還在漏,測機一直不過,也分不清是硬體還是條件的問題。

抽真空為什麼要等,見「半導體機台為什麼要抽真空?」。

第 3 步:跑測機片,量結果

做什麼:先跑幾片假片,讓剛清過的內壁穩下來(Season);再放測機片,照一份固定的測試條件跑,拿去量。這兩件由誰做,各廠分法不太一樣。以蝕刻機為例,常看三樣:

  • 蝕刻速率:測機片上先鋪一層膜,刻之前量一次厚度,刻完再量,相減再除以時間,就是一分鐘刻掉多少。
  • 均勻度:同一片量很多個點,看中間和邊緣刻得一不一樣。
  • 微粒:跑之前先數一次,跑完再數一次,多出來的 particle,就是機台自己掉下來的。

為什麼:這三樣分別回答「刻得夠不夠」「整片一不一樣」「乾不乾淨」。不這樣會怎樣:只看一樣,例如速率剛好,卻掉了一堆碎屑,也不會知道。

長膜、植入的機台量的東西不一樣,見「控片、擋片、監控片是什麼?」。

第 4 步:看規格,也跟這台平常的數字比

做什麼:數字先跟規格比,再跟這台機台過去的數字比,例如它自己的管制圖。為什麼:規格說的是「合不合格」,平常的數字說的是「跟以前一不一樣」。落在規格裡、卻明顯跟平常不同,代表機台裡有東西變了,常會多跑幾片再確認。不這樣會怎樣:每次都「剛好過」,機台一次比一次偏,等到真的超出規格,已經做了很多批。

管制圖怎麼看,見「SPC 管制圖是什麼?」。

管制圖:中間是平常的中心線,虛線是從製程自己的數據算出來的管制上下限,外面的實線是規格上下限;有一點跑出管制上限,但還在規格內,算 OOC。下方:每一步 99.9% 是好的,走 500 步大約剩六成。
管制界線看「跟平常一不一樣」,規格界線看「合不合格」。點跑出管制界線就要先停下來找原因,即使東西還合格。

第 5 步:兩邊都過,才復機

做什麼:製程工程師確認結果,把機台放回生產,通知製造部可以派貨。沒過,就退回第 2 步:設備再查,修好再測一次。為什麼:設備交的是「機台會動」,製程確認的是「做出來的東西是對的」,兩半各有人負責。不這樣會怎樣:只有一邊說了算,另一半就沒有人看。

兩種工程師怎麼分工,見「製程工程師和設備工程師差在哪?」。

第 6 步:復機之後,頭幾批多看一點

做什麼:復機後頭幾批的量測結果多看一眼,剛換的零件,相關的感測器數字多盯幾天;有的廠這幾批會量得比平常多。為什麼:測機片只有幾片、條件只有一份;剛換的零件,問題不一定第一片就冒出來。不這樣會怎樣:慢慢變壞的那一種,要等很多批之後才被發現。

機台的感測器怎麼被盯,見「FDC 是什麼?」。

新機台第一次驗機,跟保養後的測機差在哪?

都是「先證明,再生產」,但要證明的事不一樣:

新機台第一次驗機保養、維修之後的測機
什麼時候剛搬進廠、裝好的時候每次保養、修好、開腔之後
要證明什麼這台做得到約好的事,可以拿來生產這台回到跟停機前一樣
拿什麼比買賣雙方事先約好的條件規格,加上這台自己過去的數字
要多久長,要測的項目多短,跑幾片測機片

新機台還沒有「平常」可以比。照合約驗收過了,還要跑一陣子、記下它自己的數字,才畫得出這台的管制界線。之後每一次測機,拿來比的就是這些數字。新機台怎麼一步一步走到簽驗收,見「設備商的駐廠工程師(FSE)在做什麼?」。

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」,左右滑到製程工程師,名字下面點「蝕刻」,就是蝕刻製程工程師。

  • 早班「救火」:ETCH-03 的 A 腔從 02:47 停到現在,晨會上課長問你:「幾點可以復機?」後來設備的阿凱說:「我們交的只是『機台會動』。它做出來的東西對不對,要你測機過了才算。」硬體交機之後,你先用真空吸筆把三片測機片放進晶圓盒,手一晃可能摔一片。測機時拉兩個設定:Season 跑幾片、抽真空與烘烤多久,讓蝕刻速率和 Particle 增加數(10 顆以下)同時進規格。做少了不會過,做多了後面的貨都在等。過了,通知製造部的小芸放貨;阿凱說,新換的 ESC,他會連看三天的 He 流量。主線「晶片的一生」第 7 章「救火」,也是這個早上。
  • 晚班「下班未遂」:要是你沒有先走,阿凱會請你幫忙看一眼 A 腔的 He 流量。一片比一片高,碰到警示線,亮了黃燈。按掉黃燈下班,或是開一張單,由你決定。
  • 從下午的檢討會到晚上交接之前,你也可以回量測機看一眼:復機之後量了三批,線寬回到中心線上下了沒有。

當蝕刻設備工程師(滑到設備工程師、名字下面點「蝕刻」),早班換完 ESC 要交機。交機前有些步驟你可能省得掉;省了測漏,第一片測機片的 He 流量就超過警示線,得再開一次腔。

遊戲裡的公司、人物、機台編號和數字都是虛構的,測機畫面上的規格也標著「數字為示意」;測機是什麼、為什麼要做,照公開的一般資料寫,實際測哪些項目、規格多少,每種機台、每家廠都不同。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話,白話解釋」查。

在遊戲裡你會在哪裡遇到它當蝕刻製程工程師(量產廠 › 製程 › 蝕刻),早班 ETCH-03 的 A 腔換完 ESC、設備交機之後,由你測機:蝕刻速率要進規格,Particle 增加數要在 10 顆以下;晚班,你可能還會幫忙盯新零件的 He 流量。

在 fab24hr 裡,設備交的是「機台會動」,你要確認的是「做出來的東西是對的」。測機那段時間最容易被催,也最不能省。

當蝕刻製程工程師玩,換完零件由你測機

給老師:這一篇可以搭配「在課堂上玩 fab24hr」用在課堂上。

引用這篇〈機台修好了,為什麼還要「測機」?〉,fab24hr,更新。https://fab24hr.com/blog/tool-qual/
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