半導體生產有三個主要階段：研發 (R&D)、良率改善，以及大規模生產 (HVM)。所有這些階段都有著昂貴的成本，而時間是所有這三個階段中的關鍵要素之一。

從現金流的角度看，研發是最難的階段：在這一階段，半導體廠每天在人力和資本設備上耗費數十萬美元，而無法從新開發的產品中獲得任何收入來抵消上述費用。從良率改善的早期階段開始，半導體廠在開始產生部分收入，然而其良率和產量仍然太低，不足以抵消生產成本。此外，這一收入甚至不足以開始抵消研發成本。通常只有到大規模生產的早期階段，半導體廠才擁有充足的初制晶圓和充足的良率，開始補償最初兩個階段的成本，並開始實現盈利。下面的圖1顯示了整個製程流程中的累計現金流。

圖1. 累計現金流為時間的函數。在研發階段，現金流為負，但是在良率改善階段，隨著收入開始積累，現金流曲線斜率開始轉為正值。只有到大規模生產開始的階段，總成本才變為正值。

讓這一切變得更具挑戰性的是：這些新產品的銷售價格一直在下降。從最初設計到第一塊晶片進入市場所需的時間，是半導體廠利潤率至關重要的參數。圖2顯示了記憶體晶片從全面啟動到成熟階段的平均銷售價格 (ASP) 的實際衰減曲線。

圖2. 記憶體產品在產品上市後第一年的典型價格下降曲線。其他設備類型也能看到類似趨勢。

因此，當半導體廠在為研發工作耗費大量資金的同時，隨著產品平均銷售價格 (ASP) 不斷下降，他們回收這些支出的能力卻在不斷減弱。任何能夠縮短研發週期和良率改善週期的因素，都能夠縮短產品上市時間，讓半導體廠能夠實現圖2左側所顯示的更高的產品平均銷售價格。

根據圖1和圖2，很明顯在完成研發或良率改善的階段，即便只是短短的時間延誤，也會給半導體廠造成顯而易見的差異：或者是賺大錢，或者只是力求損益兩平。首先將最新技術推向市場的那些機構就能夠收穫市場中的大部分利潤。因此，不管是在時間方面還是在經濟方面，它們能夠在下一個技術節點的開發和整個週期中獲得巨大的先發優勢，而且能週而復始的執行。

製程管制就像一扇窗，讓您能夠看到生產流程的各個階段中發生的一些東西。沒有製程管制，從研發到大規模生產的整個實施階段，就如同蒙著眼罩來製造手錶。積體電路的特徵太小而無法用肉眼看到，即使進行檢測，通常也只是對所生產的全部晶圓中的很小比例進行檢測。對於薄膜、線寬和疊層對準等參數化測量，僅僅是對每個所選晶圓上極小比例的電晶體進行測量。大多數時候，半導體廠經理確實很盲目。參數測量和缺陷檢測是為數不多的短暫時刻，讓「鐘錶製造者」能夠在此刻揭下眼罩，檢查勞動成果，並在必要時予以糾正。

隨著多重曝光、間距分割以及其他先進曝光技術的採用，生產製程變得越來越複雜，而無法及時製造出產品的風險也比以往任何時候都要更高。在研發及良率改善階段使用更多流程控制步驟，可增加視窗數量，您可以通過這些視窗看到製程執行情況。對最高品質的製程管制手段進行調查，可提升這些視窗的品質。然而，造成視角扭曲的視窗，例如低擷取率的檢測工具或低精準率的參數工具，可能比根本沒有視窗更糟糕，因為這種視窗會浪費時間，並可能會提供誤導性資料。有效的製程管制策略，包括在正確的步驟上採取正確的工具、正確的配方，以及正確的取樣，能夠大大減少研發和良率改善所用的時間。

以單片晶圓為基礎，製程管制的數量在研發階段應當達到最高，此時良率接近於零，並且有更多問題需要擷取和糾正。在此階段，解決一個速率限制問題就可以減少兩個學習週期（節省大約一個月），這就足夠支付製程管制整體預算的很大一部分。

研發階段結束後，良率改善階段為下一個需要重點關注具有非常高的採樣率的最為重要的階段。這一階段的當務之急是將良率儘快提升至可盈利水準，被蒙住雙眼是無法做到這一點的。 

最後，在大規模生產階段，有效的製程管制策略可透過及時發現良率受限問題（偏移）來儘量減少風險。

這一切的關鍵都在於時間，因為時間就是金錢。

原文請參閱《半導體科技雜誌 SST-AP Taiwan》

【本文僅反映專家作者意見，不代表本報立場。】

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