WAT 是什麼？晶圓圖怎麼看出哪裡出錯

晶圓廠說的 WAT，是晶圓允收測試（Wafer Acceptance Test），也有人叫它 PCM 或電性參數測試：晶圓做完、出廠之前，用探針扎晶圓上專門留給量測的小結構，量出電晶體、電阻、漏電這些基本數字，判斷這一批做得對不對。晶圓圖是另一張成績單：針測把每一顆晶片都測過之後，把好壞照位置畫成一張圖。WAT 回答「製程有沒有做偏」，晶圓圖回答「壞的在哪裡、排成什麼形狀」；壞的排成一圈、一邊、一條線或整齊的格子，常常指向不同的問題。

針測怎麼做，「晶片怎麼測試？」講過了；這篇講拿到結果之後怎麼讀。

WAT 量的是什麼？為什麼不直接量晶片？

一片晶圓上，晶片和晶片之間留著一條條很窄的空隙，叫切割道：最後把晶圓切開時，刀子走的就是這裡。反正要切掉，工程師就在上面放一些專門給量測的小結構，叫測試鍵。

測試鍵很簡單：一顆單獨拉出來的電晶體、一條長長的電阻、一串連起來的接觸窗，各自接到幾塊金屬墊，探針直接扎上去。它們跟旁邊的晶片同時做出來，走過一模一樣的每一站。

為什麼不直接量晶片？一顆晶片裡有幾千萬到上百億個開關擠在一起，想知道某一種電晶體在幾伏特開始導通，很難從整顆的表現反推。這很像蓋房子時，從同一車混凝土另外灌幾個試體，拿去壓壓看夠不夠硬：不用敲牆，就知道這一車合不合格。

WAT 量出哪些數字？

常見的有這幾類：

• 電晶體：在多少電壓開始導通（業界叫臨界電壓）、全開時能過多少電流、關著時漏多少電。
• 電阻：某一層好不好導電（片電阻），還有接觸窗的電阻。
• 一長串接觸窗：幾千個串在一起，只要斷一個，整串就不通，所以量一次就知道有沒有哪一個沒接通。
• 絕緣層：電容多大、加多少電壓會被擊穿。

每片晶圓只挑幾個位置，散在中間和邊緣，每個位置量同樣的幾十項。只量少數幾個點，比一顆一顆測晶片快得多，所以 WAT 常是最早發現整批做偏的地方之一。通常數字都在規格裡，這一批才往下送去針測；有一項超出，就先 Hold 住，等工程師判斷。

WAT 有一項不合格，代表什麼？

不代表晶片一定壞了，而是某一步可能偏了。哪一項偏，常常指向跟它有關的那幾站：例如接觸電阻偏高，可能是接觸窗沒刻到底、沒填滿。

可是第一件事常常是先懷疑量測，再懷疑製程。探針卡的針尖沾到髒東西，接觸不好，量出來的電阻也會偏高，看起來就像製程出了問題。清過針、重扎一次，數字回來了，就不是製程的事。

測試鍵散在整片上，所以 WAT 的數字也能照位置排開來看：中間和邊緣差多少、這一片和下一片差多少。每一批的數字也會畫上管制圖，慢慢往一邊走就要注意（見「SPC 管制圖是什麼？」）。

晶圓圖跟 WAT 差在哪？

	WAT	晶圓圖
量的是	切割道上的測試鍵	每一顆客戶的晶片
量幾個點	每片幾個位置	每一顆都測
回答的問題	製程有沒有做偏？	哪幾顆壞、壞在哪？

針測完，每一顆分進不同的 bin，再照位置畫成晶圓圖：好的、壞的各一種顏色，有時偏的也另用一種。良率數的是好的有幾顆（見「新聞說的「良率」是什麼？」）；晶圓圖多告訴你一件事：壞的長在哪裡。

晶圓圖上常見的形狀，各自指向什麼？

研究上常用的一份公開資料集，收了八十多萬張真實的晶圓圖，其中約兩成由人標上類別，一共九類（有一類是「看不出形狀」），例如中間一團、邊緣一圈、刮痕、隨機散開。下面是教科書和論文常提的方向，都只是「常常指向」，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，只能讓無塵室和機台更乾淨（見「無塵室有多乾淨？」）。
• 集中在中間：某一步在中心和外圈做得不一樣，例如研磨不均、藥液留下的污漬，或機台某個機構出了問題。
• 邊緣一圈：晶圓最外圈本來就比中間難做均勻，氣體、溫度、電漿在邊上都跟中間不一樣。常先查薄膜、蝕刻、研磨、加熱這類要整片一樣的步驟。
• 只有某一邊、一小塊：可能是那一側在某一站做得不一樣。
• 一條線、一道弧：常是刮傷，例如搬運的手臂，或研磨時有硬的顆粒被拖過去。
• 整整齊齊的格子：每隔固定的距離就壞一顆。間距剛好是曝光機一次印的那一格，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？」）。間距跟探針卡一次扎的幾顆對得上，就要懷疑探針卡上某一組針，那可能是量測的問題。
• 幾乎整片都壞：可能是某一步整片出了大錯，也可能是測試本身出了問題。

真實的晶圓圖常常兩種形狀疊在一起；同一批的晶圓走過同樣的站，圖形也常很像。

看出形狀之後，下一步做什麼？

形狀只是把範圍縮小，接下來常見的做法：

1. 先排除量測：清針、重扎，或拿一片已經知道答案的晶圓去對。
2. 一片一片比：每一片都有，還是從第幾片才開始？突然出現，常是那時有東西變了。
3. 對照紀錄：列出壞的那幾片走過哪些機台，看它們共同經過哪一台。
4. 切開來看：在壞的晶片上做切片，用電子顯微鏡（例如 TEM）看斷面，是洞沒填滿、線斷了，還是多了一層東西。
5. 跟其他數字一起看：晶圓圖邊緣一圈有問題，WAT 邊緣的數字是不是也偏（中途怎麼量，見「晶圓廠怎麼知道做對了沒？」）。

在 fab24hr 裡

主線「晶片的一生」第 3 章「壞的形狀」，你是研發線的研發整合工程師（見「研發整合工程師在做什麼？」），在投片後一兩個月。助聽器晶片「螢火」第一批 R-0912 的 WAT 回來了：第 9 片的接觸電阻比規格高三成。電性量測室的曉雯問你：重扎一次，還是直接寫進報告、算製程的？如果第 1 章你分了一片給周學長切片，他會說切開看到了什麼。

接著曉雯把三張晶圓圖排在螢幕上：綠色正常、紅色壞掉、橘色偏快。你要在每一張點出不一樣的地方：第 3 片的邊緣一圈（不是壞，是偏）、第 8 片起的一格一格、第 11 片的一道弧線。下午四點的光罩會議，還要決定下一版光罩要不要在晶片裡留兩格，放自己的測試鍵。

在「打工人的一天」，「今天你是」卡片上點「研發線」、左右滑到研發整合工程師，午班就是同一天（班別照裝置上的時間）。遊戲裡的公司、晶片、人物、批號和數字都是虛構的；WAT 和晶圓圖是什麼、怎麼讀，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。