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晶片怎麼做約 4 分鐘

重工是什麼?為什麼黃光可以重來、蝕刻不行

重工(rework)的意思,是把做得不對的那一站重做,或把沒做完的補做。品質管理的國際標準把它定義成:讓不合格的東西重新符合要求的動作。晶圓廠發現一批貨不對,會先 Hold 住,再判放行、重工還是報廢;誰來判,見「Hold 是什麼?」。這篇只講重工:什麼能重工、怎麼重工、要付出什麼。

為什麼黃光最常重工?

先說黃光在做什麼。黃光是把電路圖案「印」到晶圓上:塗一層光阻,曝光、顯影,留下來的光阻就是圖案。接著蝕刻照著圖案把下面那一層刻掉,最後再把光阻去掉。

想像油漆牆壁之前先貼紙膠帶:貼歪了,撕下來重貼就好;漆一噴下去,歪的就留在牆上了。光阻就是那卷膠帶,只是暫時的模板。顯影完,圖案還只在光阻上,下面的材料一點都沒動。這時量到疊對偏了、線寬不對,或看到缺陷,把光阻整層去掉,晶圓就回到印之前的樣子,可以再印一次。

一旦蝕刻下去,或用離子植入把原子打進去,改的就是晶圓本身,拿不回來了。

微影四步:在要刻的那一層上塗光阻;隔著光罩照光;顯影,把照到光的光阻洗掉;蝕刻把露出來的那一層刻掉,再去掉光阻。
這裡畫的是照到光的光阻被洗掉的那一種;也有相反的,沒照到的被洗掉。示意:真的曝光機在光罩和晶圓之間隔著鏡頭,光罩上的圖是四倍大。

黃光重工怎麼做?一步一步看

第 1 步:顯影後量出來不對

  • 做什麼:顯影完,量疊對、量線寬、看有沒有缺陷,這一道常叫顯影後檢查(ADI)。怎麼量,見「晶圓廠怎麼知道做對了沒?」。
  • 為什麼:這是圖案刻下去之前,最後一次還改得了的時候。
  • 不這樣會怎樣:錯的圖案被刻進去,就只剩評估還能不能用,不能用就報廢。

第 2 步:判斷要不要重工,也找出為什麼錯

  • 做什麼:先把這批 Hold 住,工程師判要重工還是照跑;只有幾片要重工,就把那幾片分出來另成一批(拆批)。同時找原因:曝光機偏了,就把偏差交給它補正(見「疊對是什麼?」);熱板壞了,就先停用那片熱板。
  • 為什麼:只偏一點點時,重工不一定划算;原因沒改,重印一次還是一樣錯。
  • 不這樣會怎樣:白跑一趟,晶圓還多受一次處理。

第 3 步:去光阻、清洗

  • 做什麼:用氧氣的電漿把光阻「燒」掉,或用藥液溶掉,常兩種接著用,再洗乾淨(見「光阻是什麼?」的最後一步)。
  • 為什麼:舊的光阻一點都不能留,新的才塗得平、黏得牢。
  • 不這樣會怎樣:殘渣留在晶圓上,變成新的缺陷。

第 4 步:從頭再走一次黃光

  • 做什麼:烤乾、塗底、塗光阻、烤、曝光、曝光後烘烤、顯影,跟第一次一樣,一步不少。
  • 為什麼:每一步都會影響印出來的圖案,條件要跟正常的貨一樣。
  • 不這樣會怎樣:例如少了塗底,光阻黏不牢,細的線在顯影時被掀起來。

第 5 步:再量一次,過了才放行

  • 做什麼:跟第一次一樣量疊對、線寬、缺陷,在規格內才往蝕刻走。
  • 為什麼:重工也可能出錯,要確認這一次真的對了。
  • 不這樣會怎樣:以為修好了,錯的照樣被刻進去。

除了黃光,還有哪些重工?哪些不能?

重工也包括「補做」。蝕刻做到一半停了,量出剩下多厚,再把沒刻完的那一段補上,這叫補蝕刻。清洗完等太久、超過 Q-time,有些可以再洗一次再往下走(見「Q-time 是什麼?」)。

但很多步驟沒有退路:

做錯的地方能重工嗎為什麼
黃光,還沒蝕刻多半可以圖案只在光阻上,去掉就回到原樣
蝕刻,刻不夠有時可以補量剩下多厚,補刻那一段
蝕刻,刻過頭不行刻掉的材料放不回去
離子植入打錯不行打進矽裡的原子挑不出來
長氧化層回不到原樣長氧化層用掉的是晶圓本身的矽,厚度將近一半「吃進」了晶圓;就算去掉重長,用掉的矽也回不來

不能重工的,只能先停下來量、評估:還能用的,寫偏差單照跑;不能用的報廢。植入為什麼救不回來,見「離子植入是什麼?」。

重工要付出什麼?

  • 時間:多跑一趟,多等好幾個小時。研究也指出,重工會讓廠裡在等的貨變多,重工的那幾批做完的時間也跟著拉長(見「一片晶圓要做多久?」)。
  • 曝光機:重工的晶圓要再排一次曝光機。黃光常是全廠最擠的一段,多印一次,後面的貨就多等一下。
  • 晶圓本身:多泡一次藥液、多被手臂搬一次。去光阻和清洗對下面那一層也不是完全沒影響,一次很少,次數多了就會累積;研究也看過,清洗反覆做越多次,矽的品質越受影響。

所以重工要挑:只挑真的需要的那幾片。同一站一直要重工,代表前面有東西沒顧好,例如一片熱板、一瓶光阻、一台曝光機,要回頭找真正的原因,見「根本原因分析是什麼?」。

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「黃光」,就是黃光製程工程師;四個班照你打開網站的時間排。午班就叫「重工」: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。12 片的線寬圖攤在面前,你勾出要重工的,送出重工單;重工完的,量過再放。早班,P-3A08 的疊對超出規格,下一站就是蝕刻,要給製程整合的雅婷一個答案:重工,還是照跑。深夜班可能遇到蝕刻機停了,一批顯影完的貨在蝕刻前面排隊、能等的時間快到了:吵醒剛睡下的製程 on-call,還是讓它早上回黃光重工,由你決定。

同一座廠的蝕刻製程工程師,午班「趕時間」(也是主線「晶片的一生」第 8 章)要到機台前手動下一次補蝕刻:只做第 7 片,只補 15 秒。光罩工程師的深夜班,如果你讓一片起霧的光罩先上機,25 片裡就有 5 片要重工。

遊戲裡的公司、人物、批號、機台和數字都是虛構的;重工是什麼、怎麼做、為什麼黃光能重來,照公開的一般資料寫,實際的做法和判斷每家工廠不一樣。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黃光製程工程師(量產廠 › 製程 › 黃光),午班要從兩批 12 片裡挑出哪幾片重工,重工完的量過再放;早班要決定疊對超規的 P-3A08 重工還是照跑。

在 fab24hr 裡,黃光的午班就叫「重工」:12 片晶圓的線寬圖攤在面前,勾多了白白多洗,勾少了漏掉壞的。

當黃光製程工程師玩,挑出要重工的那幾片

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〈重工是什麼?為什麼黃光可以重來、蝕刻不行〉,fab24hr,更新。https://fab24hr.com/blog/what-is-rework/
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