新聞說的「良率」是什麼？為什麼差 1% 差很多

新聞常說的「良率」，就是一片晶圓上做出來的晶片裡，好的佔幾成：做出 100 顆、好的有 90 顆，良率就是 90%。

九成聽起來不錯，新聞卻常把良率差幾個百分點當成大事。要說清楚，得先從晶片怎麼「烤」出來說起。

一片晶圓上有幾顆晶片？

晶片不是一顆一顆做的。工廠拿一片圓形、很薄的矽片，叫晶圓，在上面一次做出很多顆一模一樣的晶片：小的晶片一片放得下上千顆，很大的只放得下幾十顆。做完再切開、一顆一顆包起來。

這很像烤餅乾：一整盤一起進烤箱，出來總有幾片烤焦、幾片缺角。良率問的就是：這一盤裡，能賣的佔幾成？

為什麼不能每一顆都是好的？

晶片上最細的線，比頭髮細上千倍。這麼小的東西，有兩種常見的壞法。

一種是掉了東西上去。一顆小到看不見的微粒，剛好落在不對的地方，就可能讓兩條線碰在一起，或讓一條線斷掉。無塵室再乾淨，也不可能一顆都沒有。

另一種是做得偏了一點。某一層膜厚了一點、線寬比規定的寬一點，晶片也許還能動，但跑得太慢，或是待機時漏的電太多，一樣不能算好的。

每一步 99.9%，最後會剩多少？

一片晶圓從投片到做完，要在廠裡走幾百道步驟，每一道都可能弄壞幾顆。用一個簡化的算法來看：假設每一道步驟，每 1,000 顆晶片只弄壞 1 顆，也就是每一步有 99.9% 是好的。

走一步，剩 99.9%；走兩步，是 99.9% × 99.9%；一路乘下去：

• 走 100 步：大約剩九成
• 走 300 步：大約剩四分之三
• 走 500 步：大約剩六成

每一步都只差一點點，乘起來就差很多。反過來說，想走完 500 步還留下九成五，每一步得做到 99.99%，也就是 1 萬顆裡只能壞 1 顆。

真實的每一步，出事的機會都不一樣；這裡只是要看出乘法的威力：哪一站多偏一點，都會被乘進最後的良率裡。所以晶圓廠每一站都這麼小心。

晶片越大，良率為什麼越低？

回到烤餅乾。假設每一盤都會落下 10 個焦點，隨機灑在盤子上。

做小餅乾，一盤 100 片，10 個焦點最多毀掉 10 片，九成都能賣。做大餅乾，一盤只有 10 片，同樣 10 個焦點，平均會有六、七片中招。

晶片也一樣：缺陷的數量差不多時，一顆晶片越大，被砸中的機會越高。所以看良率，要先知道是多大的晶片；大小不同的兩種晶片，良率不能直接拿來比。

差 1%，為什麼差很多？

一片晶圓不管做出幾顆好的，花的錢都差不多：材料、機台的時間、電、水、人力，做的時候就花掉了。好的越少，每一顆好的要分攤的就越多。

用假設的數字算算看。假設一片晶圓上有 1,000 顆晶片：

良率	好的晶片	每一顆好的要分攤的成本
90%	900 顆	1 倍
60%	600 顆	1.5 倍
45%	450 顆	2 倍

量大的時候，1% 就更看得出來。再假設一個月做 1 萬片這樣的晶圓（也是假設的數字）。良率從 90% 變成 91%，每片多 10 顆好的，一個月就多出 10 萬顆；這些晶圓本來就要做，晶圓廠這一段幾乎不用多花錢。反過來，良率掉 1%，就是 10 萬顆做出來卻不能賣。

良率比預期低，還有一個麻煩：答應客戶的數量不夠。要補，就得多投幾片晶圓，而一片晶圓從投片到做完要好幾週到幾個月，補的貨就晚到了。

新晶片的良率，為什麼一開始很低？

新一代的製程（像新聞說的「2 奈米」），或新設計的晶片，剛開始做的時候，很多問題還沒被發現：哪一站的條件還不夠準、哪一台機台在晶圓邊緣做得不一樣、光罩上有沒有髒點。新產品第一次做出來的那幾批叫試產，這時候的良率常常不高。

工程師一個一個找原因：先看哪一種壞法最多、壞在晶圓的哪裡，解決最大的那一個，再處理下一個。每解決一個，良率就往上爬一段。

爬到後面會越來越慢：剩下的原因越來越小、越難找。良率爬到夠高、做起來划算了，才開始大量生產。這條往上爬、最後漸漸變平的線，就是新聞說的「良率爬坡」，也有人叫它學習曲線。

怎麼知道哪一顆是好的？

晶圓做完、還沒切開之前，通常會先做針測：用一張探針卡，把很多根很細的針扎在晶片的接點上，通電、量一遍。每一顆都測，不是抽幾顆。

測完，每一顆照結果分類：好的放一類，壞的照壞法各放一類，這種分類叫 bin。再把結果照位置畫成一張晶圓圖，好的、壞的各一種顏色。切開之後，只有好的會被拿去包裝。

晶圓圖也是找原因的線索。壞的散得毫無規律，比較像隨機落下的微粒；如果集中在邊緣一圈、每一個曝光的格子裡同一個位置，或排成一道弧線，通常是某一站、某一台機台或光罩出了問題。

下次看到新聞，可以這樣讀

• 「良率不佳」：做出來的晶片裡，壞的比預期多。每一顆好的變貴，答應的數量也可能來不及做。
• 「良率提升」：同樣的晶圓，好的晶片變多了。成本降下來，能交的貨也變多。
• 「良率爬坡」：新製程或新晶片剛開始做，工程師一個一個解決壞的原因，良率正一段一段往上爬。
• 「良率達到量產水準」：好的比例夠高、做起來划算了，可以開始大量生產。

在 fab24hr 裡

主線「晶片的一生」第 3 章，你是研發線的研發整合工程師：助聽器晶片「螢火」的第一批針測完，三張晶圓圖上各有一種不對勁的形狀（邊緣一圈、一格一格、一道弧線），要看出它們各自指向哪裡。第 10 章，你是封測廠的測試工程師：先看 bin 找出最多的那一種不良，再看它在晶圓的哪裡，最後決定待機電流的上限畫在哪。卡緊一點，良率掉將近五個百分點，第一批的數量就不夠了。遊戲裡的公司、晶片、人物和良率數字都是虛構的；良率是什麼、為什麼到不了 100%，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。