晶圓廠怎麼知道做對了沒？量測與檢測差在哪

晶圓廠靠兩件事知道做對了沒：量測和檢測。重要的步驟做完，就拿一部分晶圓去確認。量測問的是「多少」：膜多厚、線多寬（線寬）、這一層跟下面那一層對得多準（疊對）。檢測問的是「有沒有」：整片掃過去，看有沒有多出來的微粒、刮傷，或少一角、斷掉的圖案。英文分別叫 metrology 和 inspection。量出來的數字會畫成圖，一偏就有人去找原因。

為什麼做到一半就要確認？

一片晶圓要在廠裡走幾百道步驟、花上好幾週，最後才能通電測試，知道晶片會不會動。要是到那時候才發現第 50 步就錯了，這幾週的工全白費，後面走過同一台機台的晶圓也可能一起壞掉。

所以晶圓廠像蓋大樓：每蓋一層就驗一次，不等整棟蓋完，才發現三樓的柱子歪了。越早發現，壞掉的晶片越少，良率也就越高（見「新聞說的「良率」」）。

有些錯還來得及救：黃光印歪了，在蝕刻之前還能洗掉重印；刻下去，就回不去了。所以黃光之後的那一道量測特別要緊。

量測和檢測差在哪？

	量測	檢測
問的問題	多少？	有沒有？
得到的是	一個數字：多厚、多寬、偏了多少	哪裡有可疑的點、有幾個
怎麼看	挑幾個位置，量得很準	整片掃過去，找不該有的東西
像什麼	拿尺量	在一整頁字裡找錯字

兩種常常一起用：厚度剛剛好，也可能多了三顆灰塵，兩件事都對，晶片才會好。

膜厚怎麼量？用光

一層透明的膜，光照下去，一部分在膜的表面就反射回來，一部分穿進去，從膜的底部再反射回來。兩道光疊在一起，有的顏色變強、有的互相抵消。肥皂泡、水面上的油膜會有彩虹色，就是這個道理：顏色跟膜的厚度有關。

量測機把每一種顏色反射回來多少都記下來，再用模型反推：膜要多厚，才會反射成這個樣子。另一種作法是把光斜斜打上去，看反射之後光「振動的方向」怎麼變，叫橢圓偏光，很薄的膜也量得出來。兩種都不用碰到晶圓。

金屬不透光，常改量它好不好導電（片電阻）。一片晶圓上會量很多個點，看中間和邊緣一不一樣厚。膜是怎麼長上去的，見「薄膜製程是什麼？」。

線寬怎麼量？用電子顯微鏡

最細的線只有幾十奈米寬，甚至更窄。可見光的波長大約四百到七百奈米，一般的光學顯微鏡，大約兩百奈米以下的東西就分不清了。電子的波長短得多，所以量線寬多半用電子顯微鏡。

量測機從晶圓正上方拍一張線的照片，再從影像裡找出線的兩邊在哪、中間有多寬。業界常把這個數字叫 CD（關鍵尺寸）。拍光阻時電子的能量要調低，免得表面積了電、影像走樣。

疊對怎麼量？

疊對為什麼重要，「微影（黃光）是什麼？」講過了。量法很直接：晶片和晶片之間的切割道上，每一層都留了專用的記號，例如下面那一層一個大方框，這一層再印一個小方框套在裡面。用光學顯微鏡拍下來，看小框是不是剛好在正中間，偏了多少、往哪邊偏。量到的偏差交給曝光機，下一批補正回來。

缺陷怎麼找？跟隔壁的晶片比

沒有圖案的晶圓，表面平平的，最好找。用雷射掃過去，光碰到一顆微粒就往旁邊散開，偵測器看到一閃，就是一顆。就像陽光照進房間，平常看不見的灰塵一顆一顆亮起來。無塵室怎麼讓微粒少一點，見「無塵室有多乾淨？」。

有圖案的晶圓就難了：表面本來就滿是線。好在一片晶圓上，每一顆晶片的圖案都一模一樣。所以機台把一顆晶片的影像，跟旁邊那一顆疊在一起相減：一樣的地方消掉，剩下不一樣的地方，就是可疑的缺陷。很像「找不同」：兩張圖並排，差在哪裡一下就跳出來。

這個方法有盲點。如果每一顆晶片的同一個位置都有同一個問題（光罩上有髒點時就可能這樣），相減就一起消掉了。這種要靠跟設計圖比、或直接檢查光罩來找。

光學的檢測掃得快，卻看不清那個點到底是什麼。所以找到可疑的位置之後，再用電子顯微鏡到那幾個座標拍近照，看它是微粒、刮傷，還是兩條線黏在一起，一個一個分類。

為什麼不是每一片都量？

量測不會讓晶圓變好，它只是確認。每量一次都要時間，量測機也很貴；每一片、每一個點都量，貨就全塞在量測機前面排隊，一片晶圓做完要花的時間跟著拉長。

所以大多是抽樣。一批晶圓常是一盒、最多 25 片，挑其中幾片，每片量幾個點；有些站在機台一直很穩的時候，會讓部分批整批跳過。

抽樣也有代價：機台如果在兩次量測之間慢慢走偏，這段時間它做過的晶圓都可能有問題，要一批一批追回來。所以要在「多量、放心」和「少量、走快」之間取捨；機台最近不太穩，就多量幾批。

除了產品，還有監控片：不是客戶的貨，專門拿來檢查機台的晶圓。定時放進機台跑一片，量膜厚、數微粒，看機台本身有沒有在變。機台修好之後的測機也是同樣的道理。

量出來的數字怎麼用？

每量一批，就在管制圖上點一個點。點跑出界線，或連續好幾點往同一邊偏，就算異常；超出界線和超出產品規格，又是兩回事（OOC 與 OOS，點名詞就看得到，這裡不重講）。

一出現異常，就停下來找原因：先把這批 Hold 住，照 OCAP 一步一步處理。這時常會再量一次，因為數字變了，可能是製程變了，也可能是量測機自己偏了。所以量測機也要定期量一片數字已知的標準片，確認自己沒跑掉。確定是製程，再去查機台、查前面哪一站。

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「蝕刻」，就是蝕刻製程工程師。早班交接單上掛著一張沒人處置的管制圖：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，卻沒有一點超出界線。信箱裡有 3 批等你判的 OOC；上午雅婷打來，問量測室那一批要放行還是留著。16:30 的檢討會之後，可以回量測機看一眼：換完零件，線寬回到中心線了沒有。隨機事件也可能是別台機台的膜厚管制圖一路偏上。

黃光和薄膜的製程工程師，也有一個班是從量測的數字開始的：一個是疊對超規，一個是晶圓翹得比平常多。遊戲裡的公司、人物、機台編號和數字都是虛構的；量測和檢測在做什麼、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。