NPW（监控片的）的要点精讲

        半导体的生产过程已经历经数十年的发展，其中主要有两个大的发展趋势，第一，晶圆尺寸越做越大，到目前已有超过70%的产能是12寸晶圆，不过18寸晶圆产业链推进缓慢；第二，电子器件的关键尺寸越做越小，5nm 制程芯片已开始投入量产。这两大趋势都带来对晶圆的更高要求，包括表面缺陷密度、平整度等指标，导致单一晶圆生产成本居高不下。并非所有进入半导体制造过程的晶圆都用于半导体芯片制造。晶圆厂为获取最大效益，将目光着眼于提升生产良率的同时降低生产成本。其中，生产过程中用于生产测试和维持稳定的控挡片（测试晶圆Test Wafers）成为关注的重点之一。

        定义Dummy, Test, Monitor Wafer 类型，提供Life Cycle,Process等统称为NPW管理(Non-productionWafer)，监控片在半导体行业中主要用于监控机台的制程能力是否稳定、生产环境是否洁净。通过使用监控片，可以对离子注入、薄膜沉积、光刻、刻蚀和研磨等制程中的例如电阻率、薄膜等参数进行监测  。此外，监控片还可以用于日常生产中对机器设备的制程能力的稳定性以及生产环境的清洁度进行监测，具体包括对离子注入、薄膜淀积、光刻等过程的监控 。用于确保生产过程的质量和效率。

        

        在半导体芯片制造过程中，切割道（scribe line 或 street）是晶圆上用于分隔各个芯片（die）的细线，其主要作用是在晶圆划片（dicing）时提供指导线，以确保芯片能够准确切割。在切割道中添加dummy patterns（或称为dummy structures）是一种常见的做法，这些dummy patterns并不具有电路功能，但在制造过程中起到一些重要作用：

晶圆划片工艺及贴膜知识分享-CSDN博客

1. 增强结构强度：Dummy patterns可以增加晶圆边缘的机械强度，减少在划片和后续封装过程中的芯片损坏。
2. 保持工艺一致性：在晶圆的边缘或切割道中添加dummy patterns有助于保持整个晶圆上工艺的均匀性，因为它们可以模拟中心区域的密集电路布局，从而减少工艺变化。
3. 控制应力和翘曲：Dummy patterns可以帮助平衡晶圆上的应力分布，减少由于工艺引起的晶圆翘曲。

如果在切割道中不添加dummy patterns，可能会产生以下影响：

• 增加芯片损坏风险：在晶圆划片时，由于缺少额外的结构支持，芯片边缘更容易受损。
• 工艺均匀性受影响：晶圆边缘的电路密度与中心区域相比可能会有较大差异，导致晶圆边缘区域的工艺特性与中心区域不一致。
• 晶圆翘曲和应力分布不均：没有dummy patterns的晶圆在制造过程中可能会出现较大的翘曲和不均匀的应力分布，这会影响芯片的性能和可靠性。

        虽然dummy patterns在芯片的功能上不起作用，但它们在确保制造过程中的质量和一致性方面扮演着重要角色。缺少dummy patterns可能会导致制造过程中的各种问题，影响最终产品的性能和可靠性

        监控片的应用不仅限于质量控制，还包括对生产环境的监测。例如，通过监测杂质粒子造成的晶格缺陷来改变硅片表面的光线反射率，进而计算出杂质浓度，这是目前广泛应用于测量杂质浓度的方法之一  。此外，监控片还可以用于电气参数监控(EPM)，这是半导体芯片测试的第一步，有助于识别制造缺陷的比率以及之后整个生命周期中的不良率 。

控片在晶圆制程中的部分应用

1、控片（Monitor Wafers）

主要用于日常生产中对机器设备的制程能力的稳定性以及生产环境的清洁度进行监测，具体包括对离子注入、薄膜淀积、光刻、刻蚀、研磨等各种制程的电阻率、薄膜淀积速率、刻蚀速率、研磨速率及均匀性等进行监测，以确保满足正常生产的需求。这个过程中的许多测试会对晶圆产生破坏，因此一般使用低成本的无图形晶圆作为控片。

2、挡片（Dummy Wafers）

主要用于维持生产过程中的稳定性，包括炉管挡片、暖机挡片、传送挡片等。例如用在炉管中的挡片主要被用于置于一批晶圆的最上层和最下层，对炉管内的气流进行阻挡分层，或对炉管中的空位进行填补，保证中间的晶圆正片受热均匀，提升生产良率。该过程对挡片本身性能要求不高，且会产生破坏，同样使用低成本的测试晶圆即可。

Dummy片的使用范围广泛，包括但不限于暖机、填充空缺、测试生产等环节。它们对于半导体设备和工艺调试也至关重要，通过使用Dummy片，可以达到一定的工艺要求，从而保证生产过程的顺利进行。此外，Dummy片还可以用于自动化机器的传输测试以及对衬底属性的测试。

广义的dummy是指所有不用做生产产品但又要进机台跑一遍的wafer，season是机台的一个过程暖机，就是很多时候机台的状态偏离了生产状态(比如因为PM而断电停机)，需要让机台空跑一段时间来让它稳定，这个过程叫season，但可能机台不能空腔直接跑，需要放进去wafer，这时候用的wafer就是season片。狭义来说，season一般是机台状态太差了，所以用的wafer质量要求比较低;而dummy很多时候是机台状态稍微偏离正常状态，或者是因为机台本身固有的原因，在正常生产过程中不得不插进去加一些非生产wafer来保证生产的质量而使用的。season是暖机片，切换recipe group或者机台长时间idle之后用来保证设备达到最佳运行状态的。

所以对dummy片要求较高，要比较接近生产用wafer。

3、测试晶圆（Test Wafers）

主要是在晶圆生产过程的，由两端品质较差处切割得来的，一般价格在50-70美元。虽然价格相较晶圆正片（Prime Wafer)（100美元上下）更低，但对于晶圆代工厂来说这依然是一笔不小的成本，且这一成本不断上涨。这主要是因为：

1. 目前普遍采用12寸晶圆进行生产，单片价格相较于8寸价格进一步提升，测试晶圆（Test Wafers）使用一次后直接进行报废的成本也随之上升。

2.随着制程水平不断提升，对晶圆的加工工艺也相应提高，成本随之升高。为保证在先进制程下的良率水平，晶圆厂选择在生产过程中增加监控频率，带来更多的测试晶圆（Test Wafers）需求。据观研网数据，65nm制程下正片：控挡片（测试晶圆Test Wafers）的需求比例为1:0.6，28nm及以下的制程这一比例则可能达到1:1.5-1:2。

挡控片的用量巨大，为了避免浪费，晶圆厂往往会回收用过的挡片，经研磨抛光，重复使用，但挡片的循环次数有限，一旦超过门限值，则只能报废处理当做光伏硅片使用；

所以，在通常晶圆段MES的功能中，NPW的是必备的一个功能模块，下一站我们将讲述相关的业务场景；