Практическое руководство о том, как инспекция и метрология в стиле KLA формируют выход годных, списания, время цикла и себестоимость — что отслеживать и как фабрики выбирают инструменты.
Инспекция и метрология — это «глаза» фабрики, но они смотрят на разное.
Инспекция отвечает на вопрос: Есть ли где‑то что‑то не так на пластине? Она сканирует дефекты: частицы, царапины, разрывы рисунка, загрязнения или тонкие аномалии, которые коррелируют с будущими отказами.
Метрология отвечает на вопрос: Делает ли процесс то, что мы задумали? Она измеряет критические размеры (CD), overlay (взаимное выравнивание слоёв), толщину плёнок и другие параметры, определяющие, будет ли микросхема работать.
Фабрика может контролировать только то, что умеет измерять — при этом само измерение потребляет время инструмента, инженерное внимание и место в очереди. Это создаёт постоянный компромисс:
Если инспекция слишком медленна, дефекты могут распространиться по лотам до того, как кто‑то заметит. Если метрология слишком шумна, инженеры будут «гнаться за призраками», корректируя процесс, который фактически не дрейфует.
Большинство решений с наибольшим эффектом не выглядят драматично — это рутинные вызовы, принимаемые по данным измерений десятки раз в день:
Эти решения тихо определяют выход годных, время цикла и себестоимость на пластину. Лучшие фабрики не просто «много измеряют» — они измеряют правильные вещи, с правильной частотой и с доверительным сигналом.
Эта статья фокусируется на концепциях, которые помогут понять, как поставщики вроде KLA вписываются в управление выходом: почему важны те или иные измерения, как они приводят к действиям и как влияют на экономику.
Она не будет вдаваться в проприетарные спецификации или заявления по моделям. Вместо этого объяснит практическую логику выбора инспекции и метрологии и как эти решения отражаются на конкурентоспособности.
Пластина не измеряется «один раз». Её проверяют повторно по мере прохождения циклов паттернирования и изменения материалов. Упрощённый путь выглядит так: литография (печать рисунка) → травление (перенос) → осаждение (добавление плёнок) → CMP (выравнивание) → повтор для десятков слоёв → электрические тесты и финальная сортировка.
Измерения ставятся там, где вариация дорого устраняется позднее:
Фабрики не измеряют всё с одинаковой частотой. Критические слои (жёсткие правила проектирования, чувствительные бюджеты overlay, новые шаги процесса) обычно получают более плотную выборку — больше пластин на лот, больше точек на пластину и более частую инспекцию. Менее критичные или отлаженные слои часто измеряют реже, чтобы не терять пропускную способность.
План выборки — это бизнес‑решение не меньше чем техническое: измерять слишком мало — растут утечки; слишком много — страдает время цикла.
Практическая цель — баланс: достаточно inline‑покрытия, чтобы управлять процессом вовремя, плюс целевые offline‑работы, когда данные показывают изменение.
Инспекцию часто сводят к «нахождению дефектов», но операционная задача — решить, на какие сигналы стоит реагировать. Современная фабрика может генерировать миллионы событий дефектов в день; только часть влияет на электрические параметры. Платформы и инструменты (включая системы класса KLA) помогают превращать сырые изображения в решения — но компромиссы всегда остаются.
Дефекты зависят от слоя, рисунка и шага процесса:
Многие из них сначала выглядят похоже. Яркая «капля» может быть безвредной частицей резиста на одном слое и губительным дефектом на другом.
Killer‑дефект — тот, что скорее всего вызовет функциональный отказ (разрыв, короткое, утечка). Nuisance‑дефект реален или кажущийся, но не влияет на выход — это, например, косметическая шероховатость рисунка в пределах допуска.
Классификация важна, потому что фабрики платят не только за обнаружение: платят за то, что обнаружение запускает — время обзора, удержания лотов, переделки, инженерный анализ и простой оборудования. Лучшая классификация значит меньше дорогостоящих реакций.
В общем, плотность дефектов — это «сколько дефектов на единицу площади». По мере увеличения размера кристалла или ужесточения правил проектирования вероятность того, что хотя бы один killer попадёт в критическую область, растёт. Поэтому даже умеренное снижение плотности killer‑дефектов может заметно повысить выход.
Ни одна система инспекции не идеальна:
Цель не «найти всё». Цель — находить правильные вещи достаточно рано и достаточно дешево, чтобы изменить исход.
Метрология — это способ превратить «инструмент отработал» в «рисунок действительно соответствует намерению». Три измерения повсеместно появляются в обучении по выходу, потому что они напрямую связаны с работоспособностью транзисторов и проводников: критический размер (CD), overlay и дрейф.
CD — это измеряемая ширина напечатанной особенности — например, длина затвора транзистора или ширина узкой металлической линии. Когда CD слегка смещается, электрическое поведение быстро меняется: слишком узко — увеличивается сопротивление или возможен разрыв; слишком широко — риск замыканий и изменение токов. В современных схемах допуски малы, поэтому несколько нанометров смещения могут перевести вас из «в пределах» в «систематический отказ» по многим кристаллам.
Проблемы CD часто имеют узнаваемые признаки фокуса/дозы. При неправильном фокусе линии могут выглядеть закруглёнными, «пережатыми» или «суженными». При ошибке дозы экспозиции элементы могут отпечататься слишком большими или слишком маленькими. Это вопросы точности формы: форма может быть искажена, даже если средняя ширина кажется приемлемой.
Overlay измеряет, насколько один слой выровнен относительно предыдущего. Если ошибки выравнивания накапливаются, виа промахиваются по целям, контакты оказываются частично, или края перекрываются неверно. Кристалл может иметь «идеальные» CD на каждом слое и всё равно быть бракованным из‑за несовпадения слоёв.
В общем, фабрики используют оптическую метрологию для быстрых, высокопроизводительных измерений и метрологию на SEM для более чёткого, детального взгляда на малые особенности. Поставщиков выбирают по тому, насколько хорошо их измерения ловят реальный дрейф на ранней стадии — до того, как он превратится в потерю на уровне лота.
Дрейф процесса — тихий враг: температура, химия, износ инструмента или изменения ретикла могут постепенно сдвигать CD и overlay, пока фабрика внезапно не выйдет за пределы спецификаций.
Измерения снижают затраты только тогда, когда они вызывают последовательные решения. Эта «последняя миля» — Статистический Контроль Процессов (SPC): рутина, превращающая сигналы инспекции и метрологии в действия, которым операторы доверяют.
Представьте, что измерение CD после травления начинает дрейфовать в сторону увеличения.
Обратная связь — классическая петля: вы измеряете результат и корректируете рецепт травильного инструмента, чтобы следующий лот вернулся в цель. Это мощно, но всегда с задержкой.
Опережающая коррекция (feedforward) использует информацию с предыдущих шагов, чтобы предотвратить появление ошибки позже. Например, если измерения литографии по overlay или фокусу показывают известный сдвиг на конкретном сканере, вы можете автоматически скорректировать настройки последующего травления или осаждения до обработки лота.
SPC‑графики рисуют границы контроля (обычно на основе вариации процесса) вокруг целевого значения. Когда данные пересекают эти границы, это отклонение — знак того, что процесс изменился, а не просто шум.
Если команды регулярно откидывают тревоги, потому что «вероятно, всё в порядке», то:
Доверяемые тревоги позволяют быстро и повторяемо локализовать проблему: останавливать линию по уважительным причинам, а не постоянно.
Латентность — время между обработкой и пригодным измерением. Если результаты CD приходят после того, как уже пройдены несколько лотов, коррекции по обратной связи фиксируют будущее, а дефекты накапливаются в настоящем. Меньшая латентность (или умная выборка) сокращает «зону риска» материала и улучшает как обратную, так и опережающую коррекцию.
Когда пределы, планы реакции и ответственность ясны, меньше лотов уходит в удержание «на всякий случай», и меньше пластин требует дорогого передела. Выигрыш — более спокойная эксплуатация: меньше вариабельности, меньше сюрпризов и быстреее обучение по выходу.
Измерения — это не просто «накладные расходы» на фабрике. Это набор решений, которые либо предотвращают дорогие ошибки, либо создают дорогостоящую лишнюю работу. Влияние на стоимость проявляется в предсказуемых статьях:
Более высокая чувствительность инспекции (например, сдвиг в сторону меньших размеров дефектов) может сократить утечки — но при этом она может и завалить инженеров шумом. Если каждый «возможный дефект» становится причиной удержания, фабрика платит временем простоя инструмента, ростом очередей и трудозатратами на анализ.
Экономический вопрос не «видит ли инструмент это?», а «предотвращает ли реакция на это больше потерь, чем создаёт затрат?».
Где вы измеряете чаще или реже, важнее, чем какой инструмент вы покупаете. Высоко‑рисковые слои (новые шаги, узкие бюджеты overlay, известные проблемные модули) обычно требуют более плотной выборки. Стабильные слои лучше обслуживать облегчённой выборкой и строгими SPC‑ограждениями.
Многие фабрики используют выходы инспекции/метрологии, чтобы точечно настраивать план для каждого слоя: повышать покрытие там, где часто случаются отклонения, и снижать там, где сигналы редко вызывают действия.
Хорошая поимка: раннее обнаружение дрейфа фокуса, который бы испортил весь лот, что позволяет быстро скорректировать и сэкономить последующие шаги литографии/травления.
Дорогой шум: повторяющиеся пометки безвредных артефактов рисунка, которые вызывают удержания и проверки, в то время как выход и электрические результаты остаются неизменными — сжигая время цикла без снижения списаний.
Обучение по выходу не происходит «бесплатно». Каждое сканирование инспекции, метрологическая выборка и ревью дефектов потребляют дефицитное время инструмента — и когда эта ёмкость поджимает, измерение становится фактором, удлиняющим время цикла.
Большая часть влияния на время цикла — это ожидание, а не само сканирование. Фабрики часто видят очереди в:
Эти очереди замедляют лоты по всей линии, увеличивают WIP и могут вынудить принимать неоптимальные решения — например, пропускать подтверждающие измерения, лишь бы материал двигался.
Планирование ёмкости измерений — это не просто «купить достаточно инструментов». Это сопоставление ёмкости с смешением рецептур. Длинный, чувствительный рецепт инспекции может потреблять в несколько раз больше времени инструмента, чем лёгкий монитор.
Ключевые рычаги:
Автоматизация улучшает время цикла, когда она сокращает «межэтапную» работу:
Самая большая выгода скорости — это обучение. Когда результаты инспекции и метрологии быстро попадают в понятную, действенную диагностику, фабрика избегает повторения той же ошибки на нескольких лотах. Это снижает переделки, риск списаний и компаундирующий ущерб времени цикла из‑за «больше выборки, потому что мы боимся».
Уменьшение размеров делает не только чипы быстрее — оно усложняет измерения. На продвинутых узлах «допустимая ошибка» становится настолько мала, что чувствительность инспекции и точность метрологии должны расти одновременно. Следствие простое: дефект или несколько нанометров дрейфа, которые раньше были безвредны, могут перевести пластину из «годной» в «маргинальную».
EUV меняет проблему дефектов и метрологии в нескольких важных аспектах:
Это толкает фабрики к более чувствительной инспекции, умной выборке и более тесным связям между измерением и корректировкой.
Даже с EUV многие слои включают мультипаттернинг и сложные 3D‑стэки (больше плёнок, интерфейсов, топографии). Это повышает вероятность:
Метрологические цели могут стать менее репрезентативными, и рецепты часто нуждаются в частой перенастройке, чтобы сохранять корреляцию с выходом.
Не каждый слой требует одинаковой чувствительности или точности. Логика, память и силовые устройства акцентируют разные механизмы отказов, и внутри одного чипа шары, контакты, виа и слои металла могут требовать разного порога инспекции и неопределённости метрологии. Выигрывающие фабрики рассматривают стратегию измерений как инжиниринг по слоям, а не как единый набор параметров.
Инспекция и метрология помогают выходу лишь тогда, когда результаты повторяемы смена к смене и инструмент к инструменту. На практике это зависит не столько от физики измерения, сколько от операционной дисциплины: рецепты, матчинга инструментов, калибровки и контролируемых изменений.
«Рецепт» — это сохранённый набор точек измерения, настроек оптики/луча, стратегий фокусировки, порогов, планов выборки и правил классификации для конкретного слоя/продукта. Хорошее управление рецептами превращает сложный инструмент в фабричный измерительный элемент.
Небольшие отличия в рецептах могут создать «фальшивые» отклонения — одна смена видит больше дефектов просто потому, что чувствительность изменилась. Многие фабрики рассматривают рецепты как производственные активы: версионируемые, с контролем доступа и привязанные к ID продукта/слоя, чтобы та же пластина измерялась одинаково каждый раз.
Большинство высокообъёмных фабрик эксплуатируют несколько инструментов (иногда разных поколений) для ёмкости и резервирования. Если Инструмент A показывает CD на 3 нм больше, чем Инструмент B, это уже не два процесса, а две линейки измерения.
Калибровка держит линейку привязанной к эталону. Выравнивание выравнивает разные линейки. Это включает периодические проверки калибровочных образцов, опорные пластины и статистический мониторинг смещений и дрейфа. Поставщики дают рабочие процедуры матчинга, но фабрики всё равно нуждаются в чёткой ответственности: кто утверждает смещения, как часто перемерять и какие лимиты приводят к останову.
Рецепты должны меняться при смене материалов, рисунков или целей — но каждое изменение требует валидации. Обычная практика — «shadow mode»: запуск нового рецепта параллельно, сравнение дельт и продвижение только при сохранении корреляции и отсутствии нарушения downstream SPC‑пределов.
Повседневная стабильность зависит от быстрых, последовательных решений:
Когда этот рабочий процесс стандартизирован, измерение становится надёжной управляющей петлёй, а не источником вариабельности.
Измерения улучшают конкурентоспособность, когда они меняют решения быстрее, чем процесс дрейфует. KPI ниже связывают производительность инспекции/метрологии с выходом, временем цикла и стоимостью — без превращения еженедельного обзора в свалку данных.
Capture rate: доля реальных дефектов, влияющих на выход, которые обнаруживает ваша инспекция. Отслеживайте по типу дефекта и по слою, а не единым числом.
Defect adder: дефекты, вводимые самими измерительными шагами (обращение, увеличенное время в очереди, риск WIP, переделки). Если этот показатель растёт, «больше выборки» может сыграть против вас.
Nuisance rate: доля обнаруженных событий, не требующих действий (шум, безвредные артефакты). Высокий nuisance‑уровень поглощает ресурсы обзора и задерживает работу по корню причин.
Precision: повторяемость инструмента на одной и той же особенности; напрямую связана с тем, насколько узкие контрольные пределы вы можете установить.
Accuracy: близость показаний к истинному значению (или согласованному эталону). Точность без правильности приводит к систематическим ошибкам управления.
TMU (total measurement uncertainty): практический агрегат, объединяющий повторяемость, матчинг, эффекты выборки и чувствительность рецепта.
Tool matching: согласование между инструментами, выполняющими один и тот же рецепт. Плохой матч увеличивает кажущуюся вариацию процесса и усложняет диспетчеризацию.
Excursion rate: как часто процесс выходит за нормальное окно (по модулю, слою, смене). Сопоставляйте с escape rate (сколько отклонений не было поймано до downstream‑влияния).
Mean time to detect (MTTD): время от начала отклонения до его обнаружения. Сокращение MTTD часто даёт больший выигрыш, чем маргинальные улучшения характеристик инструмента.
Lots on hold: объём и возраст удерживаемых лотов из‑за сигналов метрологии/инспекции. Слишком мало — можно пропускать проблемы; слишком много — бьёт по времени цикла.
Yield learning rate: улучшение выхода в неделю/месяц после крупных изменений (новый узел, новый набор инструментов, серьёзная правка рецептов).
Cost of poor quality (COPQ): списания + переделки + ускоренные заказы + издержки позднего обнаружения, отнесённые к утечкам.
Cycle time impact: время цикла, добавленное измерениями (в минутах на лот). Полезно смотреть «минуты времени цикла, добавленные на лот» по контрольным шагам.
Если хотите простой старт, возьмите по одному KPI из каждой группы и просматривайте их вместе с SPC‑сигналами на одном совещании. Подробнее о превращении метрик в рабочие петли см. /blog/from-measurements-to-action-spc-feedback-feedforward.
Выбор инструмента на фабрике — это скорее выбор части нервной системы завода, чем покупка отдельного прибора. Команды обычно оценивают и железо, и окружающую программу измерений: что он может найти, как быстро он работает и насколько надёжно его данные приводят к решениям.
Во‑первых, фабрики смотрят на чувствительность (наименьший дефект или изменение процесса, которое инструмент надёжно обнаруживает) и уровень nuisance (как часто он помечает безвредные сигналы). Инструмент, находящий больше проблем, не обязательно лучше, если он переполняет инженеров ложными тревогами.
Во‑вторых, пропускная способность: пластины в час при требуемых настройках рецепта. Инструмент, который укладывается в спецификацию только в медленном режиме, может стать узким местом.
В‑третьих, стоимость владения, включающая не только цену покупки:
Фабрики также оценивают, насколько плавно инструмент встраивается в текущие системы: MES/SPC, стандартные интерфейсы фабрики и форматы данных, которые позволяют автоматизировать графики, обнаружение отклонений и диспозицию лотов. Не менее важен и workflow обзора — как дефекты классифицируются, как управляется выборка и как быстро результаты возвращаются модулю процесса.
Обычная пилотная стратегия использует split lots (сравнивают пластины, прошедшие разные измерительные траектории) и golden wafers для проверки согласованности инструментов во времени. Результаты сопоставляют с базой: текущим выходом, текущими пределами обнаружения и скоростью корректирующих действий.
Во многих фабриках поставщики вроде KLA оцениваются по тем же категориям — возможности, фабричное соответствие и экономика — потому что выигрыш делает тот инструмент, который улучшает решения на пластину, а не просто увеличивает число измерений.
Обучение по выходу — простая цепочка причин и следствий, даже если инструменты сложны: обнаружить → диагностировать → скорректировать.
Инспекция показывает где и когда появляются дефекты. Метрология говорит, насколько процесс сместился (CD, overlay, толщина и т.д.). Управление процессом превращает эти доказательства в действия — корректировка рецептов, настройка сканеров/травильных инструментов, ужесточение обслуживания или изменение планов выборки.
Используйте этот список, когда хотите реального эффекта на выход, а не просто «купить больше измерений».
Один недооценённый рычаг — скорость, с которой команды могут оперционализировать данные измерений: дашборды, объединяющие SPC‑сигналы, статус матчинга инструментов, устаревание удержаний и тренды MTTD/escape‑rate.
Здесь помогает платформа для кодинга vibe‑coding, такая как Koder.ai: команды описывают желаемый workflow в чате и генерируют лёгкое внутреннее веб‑приложение (например, консоль обзора SPC, очередь триажа отклонений или KPI‑дашборд), затем итеративно улучшают его. Поскольку Koder.ai поддерживает React‑веб‑приложения с бэкендом на Go + PostgreSQL и экспортом исходников, она подходит и для быстрых пилотов, и для формальной передачи внутренним инженерам.
Если нужно освежить, как всё это связывается, см. /blog/yield-management-basics. Для вопросов стоимости и внедрения — /pricing поможет понять, как выглядит «хороший» ROI.
Inspection ищет неожиданные дефекты (частицы, царапины, разрывы рисунка, аномалии) и отвечает на вопрос: «Что‑то не так где‑то на пластине?»
Metrology измеряет заданные результаты процесса (CD, overlay, толщина пленки, плоскостность) и отвечает на вопрос: «Достиг ли процесс цели?»
На практике фабрики используют инспекцию для раннего поимки критических дефектов, а метрологию — чтобы не дать дрейфу процесса превратиться в потерю лота.
Потому что измерения формируют рутинные решения, которые кумулятивно влияют на выход годных и затраты:
Более высокая скорость, детерминированность и корректная классификация превращают измерения в быстрое локализованное вмешательство и меньше неожиданных расходов.
Типичные «точки вставки» измерений ставят там, где вариация дорого устраняется позднее:
Идея в том, чтобы измерять там, где решение можно принять достаточно рано, чтобы оно имело эффект.
План выборки определяет, как часто и насколько глубоко вы измеряете (платин на лот, точек на пластину, какие слои).
Практическое правило:
Чрезмерная выборка может создать узкие места по времени цикла; недовыборка увеличивает риск утечек дефектов.
Inline‑измерения происходят в производственном потоке, рядом с инструментом, поэтому они быстрее для управляющих циклов и снижают «ат‑риск» WIP.
Offline‑измерения выполняются в лабораториях или отдельных зонах: глубже, медленнее, полезны для отладки, построения моделей и подтверждения корня причин.
Хорошая модель — достаточно inline‑покрытия для управления в срок и целевые offline‑исследования, когда данные указывают на изменение.
Killer‑дефект вероятно приведёт к функциональной ошибке (разрыв, короткое замыкание, утечка, параметрический сдвиг).
Nuisance‑дефект реален (или выглядит реальным), но не влияет на выход годных.
Почему это важно: стоимость — не только в обнаружении, а в реакции (удержания лота, пересмотры, переделки, простой оборудования). Улучшенная классификация снижает дорогостоящие чрезмерные реакции без увеличения утечек.
False negatives (пропущенные killer) проявляются позже как потеря выхода — после того как добавлена большая стоимость.
False positives создают «дорогой шум»: ненужные удержания, дополнительные проверки и рост очередей.
Практическая цель — не «найти всё», а найти правильные сигналы достаточно рано, чтобы с ними можно было работоспособно управлять при приемлемых затратах.
CD (critical dimension) — измеряемая ширина/размер напечатанного элемента (например, длина затвора транзистора или ширина тонкой линии металла).
Небольшой дрейф CD может сильно изменить электрическое поведение (сопротивление, утечки, токи), потому что допуски современных топологий малы.
Многие проблемы CD имеют характерные признаки фокуса/дозы экспозиции, поэтому сочетание CD‑метрологии с быстрой SPC‑реакцией часто даёт высокий ROI.
Overlay измеряет, насколько точно один слой выровнен относительно предыдущего.
Можно иметь «идеальные» CD на каждом слое и всё равно получить отказ, если вёшины и контакты промахиваются из‑за смещения.
Контроль оверлея особенно важен при узких бюджетах выравнивания и при накоплении ошибок через многошаговое паттернирование.
Латентность — это время между обработкой пластины и получением пригодного результата измерения.
Если результаты приходят после того, как уже обработано несколько лотов, обратная связь исправляет только будущее, а потери накапливаются в настоящем.
Как снизить влияние латентности:
Часто такие шаги улучшают результат сильнее, чем небольшое повышение чувствительности инструмента.
