Разбираем, как инспекция и метрология (на примере KLA) влияют на выход годных, себестоимость и скорость стабилизации техпроцессов на фабрике.
Инспекция и метрология на фабрике полупроводников часто воспринимаются как «контроль качества на выходе». На практике это нервная система производства: она постоянно измеряет, сравнивает с нормой и запускает решения, которые напрямую влияют на выход годных (yield) и себестоимость кристалла.
Инспекция отвечает на вопрос «есть ли дефекты и где именно»: частицы, царапины, остатки фоторезиста, нарушения рисунка. Результат обычно выглядит как карта дефектов по пластине и статистика по партиям.
Метрология отвечает на вопрос «насколько мы попали в цель»: критические размеры (CD), overlay/совмещение слоёв, толщина плёнок, профили травления, параметры после CMP. Эти измерения показывают, уходит ли процесс из окна допуска.
Эти системы редко заметны в ежедневной рутине, но именно они запускают самые дорогие — и самые полезные — действия:
В этой статье KLA упоминается как пример класса решений для инспекции пластин и метрологии, которыми пользуются разные фабрики. Важен не бренд, а принцип: регулярные измерения + сравнение со статистикой + быстрые действия.
Когда измерения встроены в техпроцесс, фабрика получает предсказуемый yield, меньше «внезапных» провалов на электрическом тесте и более управляемую стоимость: меньше переработок, меньше списаний, меньше времени на поиск причин. Это и есть «тихий» контроль — незаметный по форме, но решающий по эффекту.
Эта статья будет возвращаться к простому тезису: на фабрике «дорого» — это не только цена оборудования и материалов, но и цена неопределённости. Yield и себестоимость кристалла напрямую зависят от того, насколько хорошо вы измеряете и удерживаете процесс в допустимых границах.
Yield (выход годных) — доля кристаллов на пластине, которые проходят электрические тесты и спецификации. У yield обычно два главных «врага»:
Важно: эти потери часто смешаны. Дефект может быть редким, но катастрофическим, а параметрический дрейф — массовым и «тихим».
Если плотность дефектов на пластине растёт, вероятность «попасть» дефектом в площадь одного кристалла тоже растёт. В упрощённой модели это можно представить так:
Поэтому одинаковый уровень чистоты и инспекции даёт разный экономический эффект на разных продуктах.
Окно процесса — диапазон настроек, при котором вы стабильно получаете параметры в допуске. На практике оно «дышит»: меняются партии материалов, состояние камер, температура, износ масок.
Без регулярной метрологии легко думать, что вы в центре окна, хотя фактически уже идёте по краю — и yield падает скачком после небольшой дополнительной вариации.
Для управленческого уровня полезно свести контроль к четырём вопросам:
Стабильность: есть ли дрейф по ключевым параметрам (CD, overlay и т. п.)?
Вариативность: насколько «широко» распределение и сколько остаётся запаса до спецификаций.
Время реакции: как быстро фабрика замечает отклонение и останавливает распространение проблемы на следующие пластины.
Стоимость ошибки: сколько стоит пропущенный дефект/дрейф в пересчёте на потерянные кристаллы и повторную обработку.
Именно на этих четырёх точках «тихий» контроль превращается из технической функции в прямой рычаг себестоимости.
Максимальный эффект от инспекции и метрологии появляется там, где операция может незаметно “сломать” много кристаллов сразу, а исправить это позже уже дорого или невозможно. Поэтому точки контроля выбирают не «равномерно по маршруту», а вокруг критических шагов.
Входной контроль пластин. Здесь важно отсеять проблемы «с завода» или от хранения/транспортировки: частицы, царапины, дефекты полировки, вариации толщины. Это типичная зона для инспекции поверхности и базовой метрологии, чтобы не тратить время дорогих инструментов на заведомо рискованный материал.
После литографии. Одна из самых окупаемых точек: фотошаблон, фокус/экспозиция, резист, загрязнения — всё это быстро превращается в систематический брак. Здесь метрология измеряет параметры (CD, overlay, фокусные индикаторы), а инспекция ищет аномалии (частицы, пропуски, мостики) и строит карту дефектов для диагностики.
После травления. Травление переносит рисунок в слой — и ошибки становятся уже «физическими». Метрология проверяет глубину/профиль/критические размеры, а инспекция ловит остатки, недотрав, микромаски и локальные повреждения.
После осаждения (deposition). Важны толщина, однородность, стресс, дефекты плёнки. Метрология здесь часто определяет, «выживет» ли слой на следующих шагах, а инспекция помогает найти источники частиц и отслоений.
После CMP. Полировка может дать dishing/erosion, царапины, остатки, вариации плоскостности — это напрямую бьёт по последующей литографии. Поэтому после CMP часто ставят контроль, чтобы не «размазать» проблему по следующей партии.
Чем ближе операция к «точке невозврата» (например, после переноса рисунка или выравнивания слоёв), тем выше цена ошибки: дефект уже встроен в структуру, и yield падает не точечно, а массово. Раннее обнаружение позволяет остановить причину до того, как она затронет десятки пластин.
Измерять «всё и всегда» нельзя: растут очереди, простои, WIP и цикл. На практике используют смешанный подход: 100% контроль на самых рискованных шагах или для новых продуктов/режимов, и выборочный — когда процесс стабилен (под SPC) и важнее пропускная способность. Именно в этой настройке — где, сколько и чем мерить — и прячется большая часть экономического эффекта.
Инспекция и метрология на фабрике — это не один «волшебный прибор», а набор инструментов, каждый из которых отвечает на свой вопрос: есть ли аномалия, насколько она критична и что именно ушло из допуска. Ниже — основные категории, которые чаще всего встречаются в реальном производственном контуре.
Оптические инспекторы работают как «сканер» для пластин: быстро просматривают большие площади и строят карту дефектов. Их сильная сторона — скорость и статистика: можно оперативно увидеть всплеск частиц, царапины, проблемы после травления или нанесения плёнок.
Ограничение простое: оптика упирается в физику разрешения. Чем меньше топология и «тоньше» дефект, тем сложнее уверенно отличить его от шума.
Электронно-лучевая (e-beam) и SEM-инспекция даёт более высокую чувствительность к мелким дефектам и лучше подходит для сложных узловых слоёв. Это инструмент, который используют, когда оптика уже «видит не всё», а цена пропуска дефекта высока.
Компромисс — производительность: такие системы обычно медленнее, требуют больше времени на измерение и чаще становятся узким местом, поэтому их применяют точечно — на критических шагах и по триггеру от более быстрых методов.
CD-SEM измеряет критические размеры (CD): ширину линий, промежутки, элементы маски и фактической структуры на пластине. Это важно, потому что небольшое отклонение размеров может заметно изменить параметры транзисторов и, как следствие, yield.
На практике CD-SEM отвечает на вопрос «мы печатаем то, что задумали?» и помогает отличить проблему литографии от эффектов последующих операций (травление, осаждение).
Overlay-метрология контролирует совмещение слоёв. Если слои смещаются, появляются утечки, обрывы и деградация характеристик — часто без явных визуальных дефектов на оптической карте.
Поэтому overlay — это про предотвращение «скрытых» потерь: когда пластина выглядит нормально, но электрические тесты потом резко проседают.
KLA чаще всего воспринимают как одного из ключевых поставщиков именно в инспекции и метрологии: от оптической инспекции и контроля дефектов до решений для CD и overlay. На фабриках такие инструменты нередко стоят в «контрольных точках» техпроцесса — там, где раннее обнаружение отклонений дешевле всего и позволяет быстрее вернуть процесс в допуск.
Инспекция пластин часто выглядит как «просто картинка»: карта дефектов, несколько ярких точек, отчёт. Но ценность появляется только тогда, когда «пятно» превращается в понятную причину и конкретное действие. И здесь важнее не количество найденных событий, а качество сигнала.
Высокая чувствительность без контроля качества детекции быстро приводит к очередям на review и потере времени инженеров. Ложные срабатывания съедают пропускную способность, замедляют реакцию на реальные проблемы и создают иллюзию «ухудшения процесса» там, где его нет.
Практически это означает: настройки инспекции (порог, фильтры, reference, режим сравнения) нужно оценивать так же строго, как и любой техпроцесс — по скорости нахождения «полезных» дефектов и по доле шума.
Полезная классификация обычно начинается с базовых групп:
Даже простая, но стабильная классификация помогает связать тип дефекта с вероятными источниками и быстро сузить круг проверок.
Карта дефектов становится полезной, когда дефект привязан к контексту: операция, камера/инструмент, рецепт, партия, смена, конкретный шаг очистки или экспонирования. В системах класса KLA ключевую роль играет именно трассируемость: что изменилось между «чистыми» и «грязными» пластинами.
Чтобы не утонуть в данных, начните с трёх вопросов: дефекты кластеризуются или равномерны? есть ли корреляция с конкретным инструментом/рецептом? повторяется ли рисунок от пластины к пластине? Такой triage обычно быстрее приводит к первопричине, чем попытка «пересмотреть всё».
Измерения становятся по‑настоящему ценными, когда по ним можно быстро и предсказуемо принять решение: «выпускать дальше», «подстроить следующий шаг», «остановить и разбирать причину». Здесь встречаются два мира: SPC (статистический контроль процесса) и APC (автоматическое управление процессом). Инструменты инспекции и метрологии дают данные, а SPC/APC превращают их в действие.
SPC — это не про разовые «прошёл/не прошёл», а про динамику. Контрольные карты помогают увидеть:
Если реагировать только на явные нарушения, фабрика платит скрытой ценой — накоплением смещения, которое «всплывает» позже на электротесте или в yield.
APC подключает измерения к управлению оборудованием.
Чем стабильнее связка «измерение → корректировка», тем меньше вариативность по партиям и ниже риск внезапных провалов yield.
Даже идеальные правила бесполезны, если реакция запаздывает. Время прохождения цикла (cycle time) между измерением и решением определяет, сколько пластин успеют пройти «не тем» режимом. Чем быстрее замкнут контур SPC/APC, тем меньше объём потенциального брака и тем ниже себестоимость кристалла.
На практике используют комбинацию правил: останов при выходе за контрольные пределы, «жёлтая зона» с усиленным мониторингом, и отдельные триггеры на тренд/серии. Чтобы разбор причин был быстрым, полезно хранить не только измерение, но и контекст: рецепт, идентификаторы камеры/модуля, расходники, условия (температура/влажность), смена и оператор, а также привязку к партии и времени. Это превращает «точку на карте дефектов» в управляемую причину — и ускоряет возвращение процесса в норму.
Даже на зрелом техпроцессе «пожар» обычно начинается тихо: слегка упал yield, выросла вариативность, а по электрическим тестам уже поздно — партия почти готова. Ниже — типовые ситуации, где инспекция пластин и метрология дают шанс остановить потери вовремя.
Первый шаг — связать электрические отказы с физикой на пластине. Нужны: карта дефектов по слоям, разметка по лотам/камерам/сменам, результаты критичных измерений (CD, overlay, толщины, шероховатость). Часто диагностика начинается с наложения wafer map: где концентрируются дефекты, совпадает ли рисунок с конкретным модулем оборудования или с зоной пластины.
Если всплеск виден только после конкретного шага, задача — локализовать источник: камера, рецептура, конкретная кассета, операторская смена. Инспекция «до/после» шага и сравнение карт дефектов между параллельными инструментами быстро отсеивают ложные гипотезы.
Здесь критична дисциплина данных: единые имена рецептов и корректные идентификаторы камер и партий. Без этого поиск превращается в ручной детектив.
Когда «уезжает» CD или overlay, полезно разделить вклад литографии, травления и CMP: измерить CD после экспонирования и после травления, overlay по контрольным структурам и по зонам поля. Если CD ползёт только после травления — корректировка там; если уже после литографии — смотрят фокус/дозу, ретикл, состояние трека.
На запуске план контроля делают более частым и «широким»: базовые измерения на каждом лоте, расширенная инспекция на первых партиях, быстрые правила отсечения (hold) при выходе за лимиты.
Сильно помогают готовые пайплайны анализа (корреляция карт, Pareto по источникам, поиск «подписей» дефектов), стандарты именования данных и регулярность измерений: без этого даже хорошие метрики превращаются в запоздалую статистику, а не инструмент спасения партии.
Контроль в фабрике часто воспринимают как «накладные расходы»: инструменты заняты измерениями, инженеры пишут отчёты, данные копятся в хранилищах. Но в себестоимости кристалла ключевой вопрос не «сколько стоит измерить», а «сколько стоит не измерить вовремя».
Прямые расходы обычно складываются из:
Эти статьи легко посчитать — поэтому их чаще всего и «режут» первыми.
Косвенные потери обычно больше прямых. Типичные сценарии:
Именно здесь инспекция пластин и метрология (CD/overlay и др.) дают самый «тихий» экономический эффект: они не создают новую ценность, но предотвращают перерасход.
Практичный подход — переводить контроль в понятные производству деньги:
Дальше сравнивают альтернативы: часто дешевле добавить несколько точек контроля или увеличить выборку, чем потом проводить расследование «после факта» с остановками и потерей партий.
Полное урезание контроля кажется рациональным до первого нестандартного сдвига: исчезает раннее предупреждение. В итоге фабрика платит не за измерения, а за неопределённость — и эта цена почти всегда выше.
Стратегия контроля — это не «поставить побольше измерений», а заранее решить, где, как часто и по каким правилам данные будут превращаться в действия. Хорошая стратегия делает результаты сопоставимыми между сменами, инструментами и площадками — и не перегружает фабрику лишними шагами.
Начните с карты рисков по техпроцессу: какие слои и операции сильнее всего влияют на yield и повторяемость. Обычно это места, где дефект «дорого размножается» (после ключевых литографий, травления, осаждения) или где небольшое смещение параметров быстро уводит продукт за допуски (overlay/CD, плёнки, шероховатость).
Практический подход: выберите 5–10 «контрольных точек» с максимальным влиянием, назначьте для них конкретные метрики (например, плотность дефектов, CD по окнам, overlay по полям) и закрепите владельцев реакции на отклонения.
100% инспекция оправдана там, где стоимость пропуска дефекта выше стоимости контроля (критичные слои, новые режимы, период после сервиса инструментов). На стабильных участках чаще работает грамотная выборка: важнее удержать чувствительность (сигнал/шум) и скорость обнаружения дрейфа, чем «мерить всё».
Чтобы сравнения были корректными, стандартизируйте рецепты: условия освещения/сканирования, пороги, фильтры, правила классификации дефектов, а также процедуры калибровки. Для парков инструментов (включая системы класса KLA) критично вести версионирование рецептов и фиксировать любые изменения — иначе тренды в SPC превращаются в иллюзию.
Без единого «паспорта» партии данные теряют ценность. Настройте связку с MES/EDA: единые идентификаторы партии/пластины/операции, временные метки, привязка к конкретным камерам/чамперам, хранение карт дефектов и результатов метрологии в одном контуре.
На практике именно здесь часто упираются не в физику измерений, а в скорость сборки «сквозной» картины: отчёты, алерты, согласование действий и прозрачность для разных ролей (инженер процесса, качество, производство). Для таких задач удобны быстрые внутренние инструменты и приложения — от дашбордов и журналов расследований до простых сервисов для triage и согласования hold/release. В этом смысле TakProsto.AI может быть полезен как платформа vibe-coding: команды собирают нужные веб‑интерфейсы и бэкенд‑сервисы из чата, быстро прототипируют рабочие процессы (planning mode), подключают PostgreSQL, делают снапшоты/rollback, а затем при необходимости экспортируют исходники и разворачивают в контуре на российских серверах.
Даже лучшая инспекция пластин и метрология в полупроводниках не дают ожидаемого прироста выхода годных (yield), если вокруг измерений нет дисциплины. Ниже — типовые «тихие» провалы, из‑за которых фабрика тратит деньги, но получает мало управляемости.
Карта дефектов часто красиво «совпадает» с падением yield — и это провоцирует быстрые выводы. Но дефект на карте может быть симптомом, а не источником: истинная причина может сидеть в другом модуле, другом рецепте или во временном окне (например, после сервисных работ).
Практика: фиксируйте гипотезы и проверяйте их через A/B на партии, контрольные пластины и привязку к событиям оборудования, а не только к картинке.
Дрейф калибровок, разные версии рецептов, несопоставимые метрики (особенно по overlay и CD) приводят к тому, что SPC и APC начинают «управлять шумом». Результат — ложные алерты, лишние остановки и недоверие к системе.
Минимальный набор защиты:
Когда контроль дефектов расширяют без приоритизации, растут очереди на инструментах, задерживается выпуск, а сигнал «тонет» в количестве предупреждений. Это особенно заметно на высокочастотной инспекции после критичных операций.
Решение — сегментация: измерять чаще там, где риск и стоимость ошибки выше, и реже там, где процесс стабилен и уже закрыт статистикой.
Если разные смены по‑разному классифицируют дефекты и по‑разному эскалируют отклонения, фабрика теряет время и воспроизводимость решений.
Помогают единые правила triage, обучение на примерах, регулярные аудиты разборов и короткие «петли обратной связи» между инженерами процесса, качества и операторским составом.
Инспекция и метрология постепенно перестают быть «службой контроля» и превращаются в систему раннего предупреждения и управления производством. Главный вектор — меньше ручной интерпретации и больше действий, которые запускаются автоматически на основе данных.
Классическая проблема — дефектов много, времени на разбор мало. Поэтому растёт роль автоматической классификации: инструменты всё точнее отличают «шум» от реально опасных сигналов, группируют дефекты по типам и помогают приоритизировать расследования.
На практике это означает, что инженеры быстрее переходят от вопроса «где пятно на пластине?» к вопросу «что именно пошло не так и какой участок техпроцесса трогать». Особенно заметен сдвиг в сторону связки карт дефектов с контекстом: партия, инструмент, рецепт, время, обслуживание.
Фабрики всё чаще инвестируют в контроль на более ранних шагах, чтобы ловить дрейф процесса до того, как он накопит массовый брак. Это меняет экономику контроля: лучше поймать слабый сигнал на нескольких пластинах, чем списывать целую серию на финальном тесте.
По мере усложнения техпроцессов растут требования к чувствительности и к измерениям overlay и CD, а также к контролю 3D‑структур. Там, где раньше хватало выборочной проверки, теперь критична стабильная, повторяемая метрология и сопоставимость данных между инструментами.
Поставщики уровня KLA двигают рынок не только «железом», но и ПО: унификация данных, умные рабочие процессы расследований, интеграция инспекции и метрологии с системами SPC/APC.
Ключевой итог — сильнее связь «данные → решение»: меньше задержек между измерением и корректировкой рецепта, быстрее локализация причин, меньше потерь yield и ниже себестоимость кристалла за счёт предотвращённого брака, а не его сортировки.
«Тихий» контроль — это не про «проверили и забыли». Инспекция и метрология работают как система принятия решений: они превращают вариативность процесса в управляемые числа, а случайные потери yield — в предсказуемые и устранимые причины.
Когда измерения встроены правильно, фабрика быстрее понимает, что именно пошло не так (где, когда и в каком продукте), и так же быстро возвращает процесс в окно. Итог ощущается не только в отчётах по выходу годных (yield), но и в себестоимости кристалла: меньше переработок, меньше «подвисших» партий, меньше неожиданных остановок из‑за всплывающих дефектов.
Выбрать критические точки измерений. Не пытаться «мерить всё», а сфокусироваться на шагах, где дефекты или смещения (overlay/CD) действительно меняют электрические параметры и приводят к браку.
Ускорить цикл реакции. Ценность даёт не точность сама по себе, а время от события до действия: чем быстрее обновляются карты дефектов и тренды SPC, тем меньше партия успевает уйти в зону риска.
Стандартизировать данные. Единые правила именования, форматы, привязка к партии/шагу/рецепту и сопоставимость между инструментами — основа для честного SPC/APC и корректного поиска root cause.
Признаки простые: меньше сюрпризов на электротесте, ровнее и стабильнее SPC, быстрее root cause (и меньше «войн мнений» между модулями).
KLA — типичный представитель сегмента инспекции и метрологии: важнее не бренд, а то, насколько грамотно инструмент встроен в цепочку решений — от измерения до корректирующего действия. Именно это и делает фабрику конкурентнее: стабильнее качество, выше yield, ниже цена ошибки.
Инспекция отвечает на вопрос «есть ли дефекты и где они находятся» (частицы, царапины, остатки резиста, аномалии рисунка) и обычно даёт карту дефектов по пластине.
Метрология измеряет «насколько мы в допуске» (CD, overlay, толщины, профиль, параметры после CMP) и показывает дрейф процесса относительно окна допуска.
Потому что ранняя остановка и корректировка дешевле, чем довести проблему до электротеста:
В итоге контроль снижает «цену неопределённости», а не просто «ищет брак».
Обычно это три действия:
Главный принцип — быстрее разорвать цепочку «отклонение → массовый брак».
Чтобы выборка попадала туда, где ошибка размножается и становится дорогой:
Измерять «равномерно по маршруту» обычно менее выгодно, чем вокруг критических шагов.
В упрощении: рост дефектов на мм² увеличивает вероятность, что дефект попадёт в площадь одного кристалла.
Практические выводы:
Потому что вы можете думать, что находитесь «в центре», а фактически уже идёте по краю окна, и любой небольшой сдвиг обрушит yield.
Практика:
Оптика быстро покрывает большую площадь и хорошо ловит всплески частиц/царапин/грубые аномалии — это инструмент статистики и скорости.
E-beam/SEM даёт более высокую чувствительность к мелким дефектам и сложным слоям, но медленнее и чаще становится узким местом.
Типичный подход: оптика — для массового мониторинга, e-beam/SEM — точечно, по критическим шагам или по триггеру от оптики.
CD-SEM отвечает на вопрос «мы печатаем/формируем нужные размеры?» и помогает отделить проблемы литографии от влияния травления/осаждения.
Overlay-метрология контролирует совмещение слоёв и защищает от «скрытых» потерь: пластина может выглядеть нормально, но электротест резко просядет из-за смещения.
Оба измерения важны для предотвращения массового параметрического брака.
SPC даёт раннее предупреждение через контрольные карты:
APC превращает измерения в коррекции:
Частые провалы эффективности выглядят так:
Минимальная защита: версионирование рецептов, регулярные калибровки, «золотые» измерения, единые правила классификации и эскалации.
Ключевая метрика — время реакции: сколько пластин успеют уйти «в неправильный режим».
