【博主簡介】本人“愛在七夕時”，系一名半導(dǎo)體行業(yè)質(zhì)量管理從業(yè)者，旨在業(yè)余時間不定期的分享半導(dǎo)體行業(yè)中的：產(chǎn)品質(zhì)量、失效分析、可靠性分析和產(chǎn)品基礎(chǔ)應(yīng)用等相關(guān)知識。常言：真知不問出處，所分享的內(nèi)容如有雷同或是不當之處，還請大家海涵。當前在各網(wǎng)絡(luò)平臺上均以此昵稱為ID跟大家一起交流學(xué)習(xí)！

在半導(dǎo)體工藝制程中，擋片（Dummy Wafer）和控片（Monitor Wafer）是兩類重要的非產(chǎn)品硅片，主要用于輔助生產(chǎn)、調(diào)試機臺及監(jiān)控工藝穩(wěn)定性。同時，當然還有正片（Prime Wafer），這個就不用多解釋了（主要產(chǎn)品）。而擋片（Dummy Wafer）和控片（Monitor Wafer）一般是由晶棒兩側(cè)品質(zhì)較差處切割出來，用于調(diào)試機臺、監(jiān)控良率，比如顆粒、刻蝕速率、薄膜沉積速率和均勻性等。制成越先進，需要的擋片、控片越多。為了避免浪費，擋片會經(jīng)過研磨拋光，重復(fù)利用，但使用次數(shù)有限?？仄鶕?jù)具體情況對待，某些制程的控片是無法回收使用的。

因為它們承擔著監(jiān)控機臺健康狀態(tài)、確保生產(chǎn)穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量的重要角色。雖然擋片（Dummy Wafer）和控片（Monitor Wafer）本身并不進入產(chǎn)品銷售環(huán)節(jié)，但其存在卻是量產(chǎn)穩(wěn)定性和良率優(yōu)化的基礎(chǔ)，所以，它們的存在都是晶圓制造廠內(nèi)不可或缺的一部分，以下就是本期要跟大家分享的內(nèi)容：

一、擋片（Dummy Wafer）的介紹

Dummy Wafer，中文稱為填充片，也可叫“擋片”，它是在晶圓制造過程中專門用于填充機臺設(shè)備的晶圓，通常不會用于實際生產(chǎn)，也不會直接作為成品出售。其主要作用是為滿足設(shè)備運行的特定要求或約束，確保設(shè)備的工藝性能穩(wěn)定，同時優(yōu)化資源利用率并減少生產(chǎn)風(fēng)險。擋片（Dummy Wafer）的設(shè)計和使用是晶圓廠生產(chǎn)管理的重要組成部分。在晶圓制造的不同工藝階段，由于設(shè)備的特性及工藝要求，擋片（Dummy Wafer）在保證設(shè)備正常運行、優(yōu)化資源分配、降低良品晶圓損耗方面起到了不可替代的作用。其核心定義是：用于穩(wěn)定工藝環(huán)境、保護正片及調(diào)試機臺的輔助硅片。它存在的主要功能是：

1、填充設(shè)備容量

某些設(shè)備（如爐管、刻蝕機）在運行時對晶圓數(shù)量有一定要求。例如，爐管設(shè)備的熱處理工藝需要晶圓在一定數(shù)量的情況下，才能形成穩(wěn)定的氣流、溫度場和化學(xué)反應(yīng)環(huán)境。如果只放置少量生產(chǎn)晶圓，設(shè)備性能可能不穩(wěn)定，最終影響工藝質(zhì)量。因此，擋片（Dummy Wafer）被用來填充設(shè)備以達到所需數(shù)量。將晶圓設(shè)備比作一個烤箱，如果烤箱里只放一塊面包，熱量可能分布不均勻，但如果放滿面包，就能均勻受熱。同理，擋片（Dummy Wafer）起到了“湊人數(shù)”的作用，確保設(shè)備在最佳負載下運行。

2、保護生產(chǎn)晶圓

在某些高風(fēng)險工藝中，比如離子注入、刻蝕和化學(xué)氣相沉積（CVD），設(shè)備調(diào)試或初始工藝階段可能存在工藝不穩(wěn)定或顆粒生成較多的情況。如果直接使用生產(chǎn)晶圓（PW），可能造成不可挽回的良率損失。擋片（Dummy Wafer）在此類工藝中起到試探性作用，避免生產(chǎn)晶圓直接暴露在潛在風(fēng)險下。擋片（Dummy Wafer）就像探路先鋒，先確認前方道路安全，再讓生產(chǎn)晶圓“放心通過”。

3、均勻分布工藝負載

某些設(shè)備在進行工藝處理時，需要工藝載體（例如爐管或刻蝕腔體）內(nèi)的晶圓分布均勻。例如在物理氣相沉積（PVD）中，如果晶圓數(shù)量或擺放位置不對稱，可能導(dǎo)致沉積速率和厚度均勻性受到影響。擋片（Dummy Wafer）的加入能夠平衡設(shè)備內(nèi)晶圓的布局，確保整個工藝的穩(wěn)定性和均勻性。

4、減少設(shè)備閑置成本

在晶圓制造中，設(shè)備的啟動和關(guān)閉都會消耗大量時間和資源。如果沒有生產(chǎn)晶圓需要加工，設(shè)備長時間閑置可能導(dǎo)致資源浪費和設(shè)備性能下降。通過加工擋片（Dummy Wafer），可以讓設(shè)備保持活躍狀態(tài)，同時為后續(xù)生產(chǎn)做好準備。

5、進行設(shè)備驗證和工藝調(diào)試

擋片（Dummy Wafer）通常被用作設(shè)備的驗證載體。例如，在設(shè)備維護、清洗后，需要使用擋片（Dummy Wafer） 測試設(shè)備狀態(tài)是否恢復(fù)正常。如果檢測到異常，可以調(diào)整設(shè)備參數(shù)或進行再次清洗，而不需要直接損耗生產(chǎn)晶圓。設(shè)備就像一輛汽車，擋片（Dummy Wafer）就像測試用的輪胎，確保汽車性能正常后，再換上“昂貴”的生產(chǎn)用輪胎。

部分擋片經(jīng)研磨拋光后可重復(fù)使用（稱為“可再生硅片”），但使用次數(shù)受限于表面損傷程度。

二、控片（Monitor Wafer）的介紹

控片同樣由晶棒兩側(cè)品質(zhì)較差部分切割而成，其核心定義是：用于監(jiān)控機臺運行狀態(tài)、工藝精度及良率的輔助硅片。它存在的主要功能是：

1、機臺穩(wěn)定性監(jiān)控

在正式生產(chǎn)前或生產(chǎn)過程中，定期使用控片測試機臺的重復(fù)性（如刻蝕速率、薄膜沉積均勻性），確保設(shè)備性能符合要求；

2、工藝良率監(jiān)控

通過插入控片增加監(jiān)控頻率，實時跟蹤正式生產(chǎn)片的工藝質(zhì)量（如顆粒污染、缺陷率），及時調(diào)整工藝參數(shù)；

3、新工藝驗證

在引入新工藝或設(shè)備改造后，通過控片驗證工藝效果，降低正片報廢風(fēng)險。

部分特殊制程的控片因污染或性能損耗無法回收，需按一次性耗材處理。

上面講完了擋片（Dummy Wafer）和控片（Monitor Wafer）的介紹后，肯定有些朋友會有疑問：這兩個東西不就是同一種么？是的，在行業(yè)中，很多時候大家并沒有把擋片（Dummy Wafer）和控片（Monitor Wafer）分開來跟大家講解，一般也都會把Monitor Wafer統(tǒng)稱為“控擋片”。

所以，綜合來講：Monitor Wafer（控擋片）就是一種非生產(chǎn)晶圓（NPW），其主要目的是通過各種監(jiān)控方法評估和確保機臺的運行狀態(tài)、工藝參數(shù)的穩(wěn)定性以及產(chǎn)品加工過程的可靠性。在生產(chǎn)過程中，所有機臺和工藝步驟都需要嚴格控制，而Monitor Wafer（控擋片）可以作為“探針”對設(shè)備和工藝進行實時或周期性的“體檢”，類比成“醫(yī)療中的體檢工具”。通過在日常生產(chǎn)中定期或不定期使用Monitor Wafer（控擋片），可以有效預(yù)警機臺異常，減少良率波動，同時優(yōu)化維護策略。

三、Monitor Wafer（控擋片）的分類及用途

Monitor Wafer（控擋片）根據(jù)其用途和檢測頻率可分為以下兩類：Daily Monitor和隨貨Monitor。

1、Daily Monitor

（1）Daily Monitor的介紹

Daily Monitor是用于機臺的日常健康檢查，在每個工作日或特定生產(chǎn)班次的開始時運行。它的作用一般是檢測機臺是否處于良好工作狀態(tài)，定義基準工藝參數(shù)，比如刻蝕速率、薄膜均勻性等。

（2）Daily Monitor應(yīng)用場景

刻蝕機臺的Daily Monitor：通過Monitor Wafer檢測特定Recipe下的刻蝕深度、速率以及側(cè)壁角度。

薄膜設(shè)備的Daily Monitor：用于驗證薄膜的厚度分布和均勻性。

（3）Daily Monitor的檢測流程

放置Monitor Wafer到設(shè)備中；運行指定的工藝Recipe；提取Wafer測試結(jié)果；與既定標準對比，判斷是否需要調(diào)整設(shè)備或維護。

2、隨貨Monitor

（1）隨貨Monitor的介紹

隨貨Monitor用于在生產(chǎn)加工過程中，夾雜在批次生產(chǎn)晶圓（PW）之間運行，以監(jiān)控實際生產(chǎn)中的設(shè)備狀態(tài)。它的作用是確保設(shè)備在連續(xù)生產(chǎn)中的性能穩(wěn)定，并提供在線監(jiān)測，減少突發(fā)故障對批次生產(chǎn)的影響。

（2）隨貨Monitor的應(yīng)用場景

化學(xué)機械拋光（CMP）過程的隨貨Monitor：檢測拋光后的表面粗糙度和均勻性；

擴散爐管的隨貨Monitor：監(jiān)測擴散過程中的厚度一致性。

（3）隨貨Monitor的檢測流程

a.在指定批次產(chǎn)品晶圓之間插入Monitor Wafer；

b.運行與產(chǎn)品晶圓相同的Recipe；

c.收集數(shù)據(jù)并分析，確保批次生產(chǎn)的連續(xù)性和一致性。

四、Monitor Wafer（控擋片）在爐管設(shè)備中作用

Monitor Wafer（控擋片）被用于隔絕制程條件較差的地方，以及填充產(chǎn)品不足時空出的位置。它對爐管內(nèi)的氣流進行阻擋分層，從而使氣流中的反應(yīng)氣體與被加工硅片均勻接觸。使爐管內(nèi)溫度分布均勻，使得晶圓表面均勻發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而沉積或生長均勻的薄膜。

因此，氧化、擴散爐做工藝調(diào)試時，一般都會在晶舟上放滿片子，以求達到最好的膜厚均勻性效果。

五、Monitor Wafer（控擋片）的主要監(jiān)測指標及作用原理

Monitor Wafer（控擋片）通過模擬產(chǎn)品晶圓的加工過程，來獲取關(guān)鍵工藝指標的反饋。這些指標涵蓋了刻蝕、薄膜、清洗、擴散等多個工藝環(huán)節(jié)，具體包括以下幾個方面：

1、刻蝕速率與均勻性

檢測內(nèi)容：Monitor Wafer（控擋片）會記錄機臺在特定工藝條件下的刻蝕速率及其均勻性。

作用原理：利用刻蝕完成后晶圓表面的特征（如深度或厚度變化）來判斷刻蝕速率是否符合預(yù)期。

實際意義：當刻蝕速率異常偏高或偏低時，可能預(yù)示著刻蝕設(shè)備中的氣體流量、等離子功率或溫度等參數(shù)需要調(diào)整。

2、薄膜厚度與均勻性

檢測內(nèi)容：薄膜設(shè)備會使用Monitor Wafer（控擋片）驗證沉積后薄膜厚度是否達標，以及厚度在晶圓上的分布是否均勻。

作用原理：通過光學(xué)或電子顯微技術(shù)測量薄膜厚度，結(jié)合工藝標準進行評估。

實際意義：薄膜均勻性異常可能會影響后續(xù)的光刻和刻蝕工藝，降低產(chǎn)品合格率。

3、顆粒污染

檢測內(nèi)容：Monitor Wafer（控擋片）在加工完成后會通過表面掃描檢測是否存在顆粒污染。

作用原理：顆粒污染通常由機臺內(nèi)部部件老化、清潔不到位或工藝環(huán)境異常引起。

實際意義：顆粒的存在可能導(dǎo)致后續(xù)光刻中掩模遮擋、刻蝕誤差或器件失效。

4、設(shè)備運行穩(wěn)定性

檢測內(nèi)容：通過重復(fù)運行相同工藝條件下的Monitor Wafer（控擋片），分析機臺的長期穩(wěn)定性。

作用原理：數(shù)據(jù)波動范圍是否超過工藝規(guī)格是評估設(shè)備穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

實際意義：設(shè)備的穩(wěn)定性直接影響晶圓的量產(chǎn)良率。

六、Monitor Wafer（控擋片）的操作流程與關(guān)鍵注意事項

在實際使用Monitor Wafer（控擋片）時，需要遵循一套規(guī)范的操作流程，以確保數(shù)據(jù)的有效性和工藝的穩(wěn)定性。

1、前期準備

a.確保Monitor Wafer（控擋片）無裂痕、污染等問題；

b.設(shè)置測試的Recipe和工藝參數(shù)；

c.校準相關(guān)測量設(shè)備。

2、運行過程

a.將Monitor Wafer（控擋片）插入設(shè)備，執(zhí)行相應(yīng)的工藝步驟；

b.監(jiān)控機臺的運行狀態(tài)，如溫度、氣流等是否正常。

3、后期分析

a.提取完成的Monitor Wafer（控擋片），并進行測量分析；

b.對比結(jié)果與標準工藝窗口（Process Window）；

c.根據(jù)結(jié)果，決定是否需要執(zhí)行機臺維護或參數(shù)優(yōu)化。

4、異常處理

a.若發(fā)現(xiàn)參數(shù)超出規(guī)格范圍，立刻停止相關(guān)機臺的量產(chǎn)；

b.通知設(shè)備工程師進行維護（PM）或Recipe調(diào)整；

c.重新運行Monitor Wafer（控擋片）驗證修復(fù)效果。

七、Monitor Wafer（控擋片）的使用挑戰(zhàn)與優(yōu)化方向

盡管Monitor Wafer（控擋片）在晶圓制造中至關(guān)重要，但其使用過程中仍面臨一些挑戰(zhàn)：

1、數(shù)據(jù)的準確性

Monitor Wafer（控擋片）的表面狀態(tài)與實際產(chǎn)品晶圓可能有所不同，因此測試結(jié)果可能存在偏差；

2、成本問題

高頻使用Monitor Wafer（控擋片）會增加生產(chǎn)成本；

3、效率平衡

插入過多的Monitor Wafer（控擋片）可能影響批次的生產(chǎn)效率。

為解決上述問題，可以采取以下優(yōu)化措施：

1、定制化Monitor Wafer（控擋片）

根據(jù)特定工藝需求優(yōu)化Monitor Wafer（控擋片）的材質(zhì)和表面特性；

2、智能化數(shù)據(jù)分析

利用大數(shù)據(jù)分析和AI工具，提高數(shù)據(jù)解讀的效率和精度；

3、優(yōu)化測試頻率

通過歷史數(shù)據(jù)分析，合理確定Monitor Wafer（控擋片）的使用頻率，避免過多或過少測試。

寫在最后面的話

擋片（Dummy Wafer）和控片（Monitor Wafer）雖均來源于晶棒非核心區(qū)域，但功能側(cè)重不同：擋片以“穩(wěn)定工藝環(huán)境、保護正片”為核心，控片以“監(jiān)控機臺與工藝狀態(tài)”為核心，二者共同保障半導(dǎo)體制造的精度與良率。

總之，Monitor Wafer（控擋片）作為晶圓制造工藝中不可或缺的環(huán)節(jié)，扮演著“哨兵”和“醫(yī)生”的角色，為工藝過程提供了實時監(jiān)控和健康評估。其高效使用可以大幅降低設(shè)備故障率，提高產(chǎn)品良率，并最終提升晶圓制造的經(jīng)濟效益。

免責(zé)聲明

【我們尊重原創(chuàng)，也注重分享。文中的文字、圖片版權(quán)歸原作者所有，轉(zhuǎn)載目的在于分享更多信息，不代表本號立場，如有侵犯您的權(quán)益請及時私信聯(lián)系，我們將第一時間跟蹤核實并作處理，謝謝！】

審核編輯 黃宇