本文是就半導體產業製程控制（檢測與量測）的根本法則進行討論。所謂根本，意思是指這些法則：
• 毋庸置疑：它們不證自明，從第一原理就能證明，或者世界各地晶圓廠占主導地位的行為予以佐證。
• 恒定不變：這些概念如同15年前適用於0.25µm；那樣，對於現今的28nm同樣適用，並且預期未來仍將有效。
• 普遍適用：它們並非只對於某個特定區段的製程控制適用，而是適用於整體的製程控制，又適用於晶圓廠內每個單獨的製程控制部分。

本文除介紹根本法則之外，並就這些法則對於半導體晶圓廠的一些有趣應用情況進行討論。鑑於先進元件和製程整合的複雜性越來越高，製程控制變得越來越重要。透過瞭解製程控制的根本性質，晶圓廠可以更好地實施策略，以識別關鍵缺陷，發現偏離，並減少變動來源。

圖一：不能發現就無法解決，不能測量就無法控制。上：P-MOS SiGe 關鍵尺寸測量。下：鰭圖案上顆粒在偽柵極蝕刻後導致鰭尖頂缺陷。資料來源：KLA-Tencor

半導體積體電路產業製程控制的第一個根本法則：
不能發現就無法解決，不能測量就無法控制。   

雖然這是事實：測與量測系統不是用來製造積體電路裝置的 — 它們不增減材料或建立圖案 — 但是它們對於製造高良率的可靠元件非常重要。透過尋找缺陷和測量關鍵參數，檢測與量測系統監控著製造一個元件所需的數百道站點，確保製程符合嚴苛的製造規範，並在發生偏離時協助晶圓廠工程師識別和檢查製程問題。如果沒有檢測與量測，晶圓廠要找出影響良率的製程問題幾乎是不可能的。然而，只是「發現」和「測量」還遠遠不夠 — 晶圓廠的製程控制策略需要能力強，且具有成本效益。 

能力強的檢測與量測策略能夠找到及測量影響裝置良率的缺陷和參數。具有成本效益的檢測與量測策略能夠以工廠的最低總成本實施，其中總成本是次品率成本與製程控制成本之和。 

 首先，使之能力強：

不能發現就無法解決。此法則的核心是要明白：晶圓廠的檢測與量測策略必須能力強，這是高於一切的。它必須能夠指出限制基準良率的問題。並且，它必須提供可執行的資訊，讓晶圓廠能夠迅速發現並解決偏離。

我們強調此種能力需求，首先是因為我們已經觀察到，有些晶圓廠急於降低成本而犧牲了性能。任何策略若無法滿足其根本目標，則無成本效益可言。 

以下是一些具體問題，能夠協助晶圓廠管理層評估其製程控制策略是否能力強： 
• 你是否能夠發現制約良率的所有缺陷來源？你是在生產線中還是生產線結束時發現這些缺陷的？
• 你的缺陷柏拉圖對於每個部門的最重要良率限制因素是否有足夠的解析度，以指導最恰當地使用工廠工程資源？
• 你是否已充分表徵所有的重要測量指標和缺陷類型（尺寸範圍、致命率、根本原因、解決方案）？
• 你是否理解最有可能的偏離情況？你在此站點絕對必須檢測出來的最細微偏離是什麼？在被檢測出來之前，你希望有多少批產品暴露於此類偏離？ 
• 你是否在所有正確的站點檢測並測量？您能夠迅速隔離偏離的形成點嗎？你能夠迅速處置可能受到影響的批貨嗎？
• 某個特別缺陷特徵是否會被後續站點增加的缺陷所混淆？或者，你是否為了區分該問題而需要在每道站點進行單獨檢測？
• 你是否有重疊檢測來防範高頻率、有重大影響的偏離？
• 每個檢測或測量的 α 風險和 β 風險是什麼？這些與捕捉率、準確性、精密度、匹配度的相關程度如何？

其次，使之具有成本效益：

當有了一個能力強的策略之後，晶圓廠就可以啟動流程，使之具有成本效益。 

最佳化總成本的已知最好方法通常是調整總體批貨的採樣率。這通常是首選方法，因為能力保持不變。在某些情況下，對不太靈敏的檢測（擁有成本較低的機台或大像素參數）也許可行；然而，這是一條危險的途徑，因為它重新帶來了可能降低晶圓廠製程控制能力的不確定性（α/β 風險）。

最後，值得指出的是，僅實施能力強的策略是不夠的。晶圓廠必須確保當有一個能力強的策略時，還要堅持這個能力強的策略。晶圓廠不能使用有故障的檢測設備進行測量，也不能信賴一個保養維護不良的檢測設備。因此，大多數晶圓廠都有一套流程來維護和監控其檢測與量測設備的持續性能。

成本效益，晶圓廠最終發現需要解決什麼，並測量應該控制的參數 — 以促進更高的良率和更好的收益率。

原文請參閱《半導體科技雜誌 SST-AP Taiwan》

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