線寬（CD）是什麼？半導體說的關鍵尺寸，在哪裡決定、怎麼量

半導體說的 CD 是什麼？

線寬就是晶片上一條線有多寬。業界常叫它 CD，是 critical dimension 的縮寫，中文叫關鍵尺寸，也有人譯成臨界尺寸。廣一點說，線和線之間的空隙、小洞的直徑，凡是一層裡最要緊、要嚴格管住的尺寸，都可以叫 CD。黃光印完要量，蝕刻刻完再量，是晶圓廠最常看的數字之一。

量測和檢測差在哪，「晶圓廠怎麼知道做對了沒？」講過了；這篇只講線寬本身。

線寬差幾奈米，會怎樣？

晶片裡的開關叫電晶體：電流從一頭流到另一頭，中間有一道閘門管著通或斷（見「電晶體是什麼？」）。閘門是一條橫跨過去的細線，它印多寬，就決定電流要走的路有多長。

• 線窄了：路變短，開關比較容易通、比較快；可是關著的時候，也比較容易漏電。
• 線寬了：路變長，電流變小，開關比較慢。

所以不只平均要剛好，每一條也要差不多：一片晶圓的中間和邊緣、同一批的前後幾片、這一批和下一批都要一樣，叫均勻度；不然晶片有快有慢。均勻度的要求很嚴，常用統計的範圍來訂。

線寬在哪裡決定？一步一步看

第 1 步：光罩上先畫好

• 做什麼：光罩上的線多半畫成四倍大，曝光時縮小印上去；旁邊有沒有別的線也先算進去，故意畫寬或畫窄一點（見「OPC 是什麼？」）。
• 為什麼：線比光的波長還細，密的線和孤零零的線照一樣寬畫，印出來不一樣寬。
• 不這樣會怎樣：線比波長細的時候，光罩上的一點誤差，印到晶圓上不一定照比例縮小，還可能被放大。

第 2 步：曝光，光量和焦點

• 做什麼：曝光機照設定的光量（劑量），對準焦點（口語也有人說焦距）曝光（見「微影（黃光）是什麼？」）。
• 為什麼：光多了或少了，線寬就變；焦點偏了，圖案糊掉，線寬也變、側面也斜。所以新的一層要先在一片晶圓上，把光量和焦點一格一格錯開來曝、量線寬，找出兩樣都偏一點、線寬還在規格內的範圍，叫製程窗口。
• 不這樣會怎樣：機台每天都會飄一點，晶圓也不是處處一樣平；窗口太窄，線寬常跑出去。

第 3 步：烤、顯影

• 做什麼：曝完光先在熱板上烤（曝光後烘烤），再顯影，留下光阻的線。
• 為什麼：光阻裡的反應走多遠，看溫度和時間（見「光阻是什麼？」）。
• 不這樣會怎樣：熱板一邊冷一邊熱，整片就一邊寬一邊窄。

第 4 步：顯影後量一次

• 做什麼：抽幾片量光阻線的寬，常叫顯影後檢查（ADI）。
• 為什麼：圖案還只在光阻上，不對可以洗掉重來（重工）。
• 不這樣會怎樣：錯的寬度一進蝕刻，就刻進材料裡，回不來了。

第 5 步：蝕刻，不一定跟光阻一樣寬

• 做什麼：照光阻的線把下面那一層刻掉（見「蝕刻是什麼？」）。側面被吃進去一點、光阻的邊也被刻掉一點，線就變窄；側壁的保護膜長太多，刻成上窄下寬，底下就變寬。這個差叫蝕刻偏差（etch bias）。
• 為什麼要先算好：差多少可以事先定好，甚至拿來用：晶片上最後的線，常比黃光印得出的還細，就是靠蝕刻或另外把線修細做到的。
• 不這樣會怎樣：蝕刻條件一飄，光阻量起來剛好，刻出來卻偏了。

第 6 步：蝕刻後再量一次

• 做什麼：再量刻出來的線。
• 為什麼：這才是晶片上真的線。顯影後沒偏、蝕刻後偏了，先懷疑蝕刻那一步；兩次都偏，先往黃光找。
• 不這樣會怎樣：分不出是黃光還是蝕刻的問題，不知道該調哪一台。

線寬怎麼量？從上面拍，或用光反推

電子顯微鏡：從正上方拍

多半用量線寬專用的電子顯微鏡（CD-SEM）。電子打到晶圓上，會從表面撞出一些電子，線的邊上撞出來的特別多，所以照片裡每條線的兩邊特別亮；軟體量兩條亮邊的距離，就是線寬。要注意三件事：

• 邊不是筆直的：放大到奈米看，邊歪歪扭扭像毛邊，所以量的是一段線的平均。
• 看不清側面：側面不是完全直的，亮邊有一點寬，「邊」算在哪裡要看方法，同一種方法量的才好比。側面多斜，要跟電腦模擬的影像比，或切開看斷面（切片），切過的就不能用了。
• 量的時候也會改變它：有些光阻被電子打到會縮一點，第一次量時縮得最多，所以打多少電子要小心拿捏。

散射量測：用光反推

另一種不拍照：在切割道（晶片和晶片之間、最後會切掉的窄條）上印一小塊排得很密、一再重複的線，用光照上去，量每一種顏色反射回來多少。線多寬、多高、側面多斜，反射的樣子都不一樣；電腦事先算好很多種形狀，找出最像的那一個。它很快，也推得出側面多斜；但要先有對的模型、知道材料的光學性質，而且只量那一小塊專用圖案。

量到之後怎麼辦？

1. 畫上管制圖：每量一批，就在管制圖上點一個點，看有沒有慢慢往一邊走（見「SPC 管制圖是什麼？」）。
2. 顯影後超出規格，重來：先 Hold 住，洗掉光阻重印（見「重工是什麼？」）。
3. 慢慢偏，下一批先調：量到的線寬交給曝光機，下一批的光量調一點；顯影後的線寬也可以先交給蝕刻，刻的時間調一點（見「APC 是什麼？」）。
4. 突然偏，找原因：一片熱板、一瓶新光阻、一台蝕刻機，回頭查是哪一個變了。

「幾奈米製程」就是線寬嗎？

不是。很早以前，製程的名字跟那一代能做出的最細的線差不多對得上；後來名字只剩「第幾代」的意思（見「新聞說的「2 奈米」，是什麼東西 2 奈米？」、「新聞說的「埃米世代」是什麼？」）。線寬是另一回事：每一層有自己的目標，量的是那一層真的做出來有多寬。

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，在名字下面點「黃光」，就是黃光製程工程師。四個班照你打開網站的時間排，中午到傍晚打開是午班「重工」，第一件事就叫「線寬」：塗佈顯影機 TRK-01 早上剛保養完，下午出來的兩批，線寬一邊寬一邊窄。設備工程師說：「曝後烤的溫度差一點，線寬就會跟著跑。」接著是 12 張線寬圖：一格一個量測點，藍色是線寬偏掉的地方，有幾片的藍色都擠在同一邊。你勾完要重工的，設備工程師說：四片熱板輪著烤，第 3、7、11 片剛好輪到冷了一邊的 HP-3。

名字下面改點「蝕刻」，是蝕刻製程工程師。早上打開是早班：量測機 MET-01 上，蝕刻後的線寬連續 8 點落在中心線下方，一點比一點低；10:40 雅婷打來，一批線寬比管制上限高一點、還在規格裡，放行還是留著？

量線寬的電子顯微鏡，可以在「晶圓廠的機台，拆開來看」裡看它怎麼動。遊戲裡的公司、人物、批號、機台和數字都是虛構的；線寬是什麼、怎麼量，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。