2004 年 T 公司晶圓十二廠與晶圓十四廠進入 0.13 微米的量產難關，在良率 已獲得客戶肯定之後，開始進一步追求現有生產成本與交貨週期的最小化。平坦 化技術在 0.25 微米製程技術的要求之下，原先的塗覆式平坦化技術無法滿足，
必須採用化學機械研磨技術（Chemical Mechanical Polishing, CMP）。化學機械 研磨在 0.13 微米以下的半導體製程技術中，成為關鍵的製程。化學機械研磨兼 有研磨性物質的機械式研磨，與酸鹼溶液的化學式研磨兩種作用，可以使晶圓表 面達到全面性的平坦化，以利後續薄膜沈積之進行。鑒於 CMP 機台的製程性能 不易掌握，製程工程師們開始時以兩階段式－先粗磨，再細磨－的方式作業。但 是，這等於是使 CMP 區的生產力打了對折。廠區對 CMP 區生產力提昇的要求 隨客戶的投片量大增而壓力日益增加，於是 CMP 的製程工程師開始與 IT 工程師 嘗試引入 R2R 技術來克服問題。由於這個 CMP Run-to-Run Control System 的 專案要求的是 Wafer 級的精細度，而且不同於黃光微影製程有重做（Rework）
的機會；如果磨過了頭，產品就有報廢的危險。
不僅半導體製造廠了解 R2R 技術具有解決這個問題的潛力，CMP 機台廠商 也注意到了這個機會。CMP 的製程技術創新主要來自機台廠商，整個 CMP 機 台市場只有少數的廠商存在。由於彼此的技術差距擴大，到了 0.13 微米時，先 進機台市場幾乎由單一廠商所壟斷。這個廠商又陸續併購其他相關的量測機台廠 商，使該廠商幾乎掌握了全世界最頂尖的 CMP 技術與創新。於 2004 年同時，
該機台廠商開始跟 T 公司合作進行自己 CMP Run-to-Run Control System 的測 試與導入。
由於策略上的考量，公司管理層決定掌握自主 CMP Run-to-Run Control 技
第四章 研究個案彙總
術的開發。以當時的 IT APC 團隊與系統的技術水準，這個專案的技術挑戰，對 製程工程師與 IT APC 團隊來說，是非常大的技術挑戰。由於在製造資訊技術處 陳處長的支持下，IT 成立了專責的單位負責相關 APC 系統的開發，也就順理成 章由該單位的李部經理與 APC 系統開發課盧副理直接負責。
二、技術知識特質
化學機械研磨兼有研磨性物質的機械式研磨，與酸鹼溶液的化學式研磨兩種 作用，可以使晶圓表面達到全面性的平坦化，其基本結構如下圖 4-6-1。矽晶圓 片置於研磨墊上固定，研磨頭在下壓力作用之下，一邊旋轉一邊往下壓在矽晶圓 片上，產生機械研磨作用。同時，研磨液噴灑在研磨的介面空間上，沖走研磨碎 片，同時與矽晶圓上的物質產生化學反應，使機械研磨的作用均昀。很明顯的，
CMP 技術本身融合了機械工程與化學工程的知識，是半導體製造技術的不連續 創新。
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圖 4-6-1：CMP 技術簡圖
晶 圓 下 壓 力
研 磨 頭
研 磨 墊 研 磨 液
旋 轉
晶 圓 下 壓 力
研 磨 頭
研 磨 墊 研 磨 液
旋 轉
資料來源：本研究整理
透過圖 4-6-1 可以了解到，為何 CMP 機台的製程特性較難以為 CMP 製程 工程師所掌握。晶圓的研磨厚度被兩個主要變數所決定，分別是研磨率與研磨時 間，也就是：晶圓的研磨厚度＝研磨率×研磨時間。而研磨率又被下壓力、研磨 液、晶圓表面凹凹凸凸的圖案、與研磨頭的累積使用次數等等所決定。也就是：
研磨率＝研磨率（下壓力，研磨液，晶圓表面凹凹凸凸的圖案，研磨頭的累 積使用次數）
其中研磨液的選用是非常慎重地，不會任意改變。研磨頭的下壓力是可以固 定的。晶圓表面凹凹凸凸的圖案，與產品的電路設計相關。由於研磨頭本身即屬 於耗材，隨著累積使用次數的增加自然產生老化的現象。研磨頭的累積使用次數 是一個重要的影響參數，對於研磨率有顯著的影響，其影響顯著到上一片晶圓研 磨過的量測結果都必須即時回饋到 R2R，重新更正對研磨率的預測值。CMP Run-to-Run Control System 的特色是 Wafer-to-Wafer 的即時回饋控制，也因
第四章 研究個案彙總
此，該系統又稱為 CMP Wafer-to-Wafer Control System。實務上，如果製程工 程師選擇以控制研磨時間作為單一製程控制參數的話，研磨率的變數則簡化為：
研磨率＝研磨率（產品，研磨頭的累積使用次數）
如果是整合原件製造廠（單一產品的半導體製造公司），以上的關係是就又 進一步簡化成：研磨率＝研磨率（研磨頭的累積使用次數）。但是對於像 T 公司 的晶圓代工製造業者而言，生產線的產品生產量既大量又非常多樣，上述關係式 也就無法簡化；晶圓代工製造業在製程控制上將遭遇比整合原件製造廠更大的挑 戰。這也是 T 公司管理層將 APC（包括 R2R 與 FDC）的技術是為策略技術的 原因之一。
不論是晶圓代工製造業者或是整合原件製造廠，如何有效的推測出研磨頭的 累積使用次數對研磨率的關係式，將是 CMP Wafer-to-Wafer Control System 開 發的關鍵。研磨率關係式並不容易探求。再加上如果預測不準的話而磨的過度，
晶圓會有報廢的風險。這些因素都造成 CMP 製程控制複雜而難以控制。
（一）技術知識之內隱程度
由以上的簡單介紹中不難看出，CMP 製程控制的知識有其結構性，但其程 度還未能具體到表達成系統開發的需求定義。T 公司在當時的 12 吋晶圓廠只有 兩座，兩廠的 CMP 製程控制方式也有所差異，CMP 製程工程師的觀察理解也 不盡相同。這些知識不僅對 IT 工程師，甚至對一般的 CMP 製程工程師，都屬於
「內隱型的知識」。CMP Wafer-to-Wafer Control System 的發展，其主軸就是圍 繞在使這些「內隱型的知識」外顯化，例如推測出研磨率與研磨頭的累積使用次 數的複雜關係。（專案第三階段）
反觀專案的初期，專案目標為提供自動化功能，其技術知識的內隱性是較低
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134 的。（專案第一、二階段）
（二）技術知識之系統複雜度
如前所述，以此專案所需整合的技術知識領域包含三大領域—CMP 製程工 程、數學控制、與資訊科技。其中 CMP 製程工程又包含化學工程與機械工程。
因此以技術知識領域數而言，可說多與深入。
以精細度而言，本系統服務的對象為 T 公司當時最先進的 0.13 微米製程產 品。為克服 CMP 機台研磨率飄移的不穩定性，製程控制的精確度必須達到 Wafer-to-Wafer 的即時回饋控制。這對 IT 系統的設計，是非常大的挑戰。系統 被要求得在非常短的時間內，回應大量資料計算的需求。為此，IT 工程師花費 非常多的努力校調系統的架構與性能。
如果以開發所需耗費的人年數來估計，共需要 14.5 人年，共分為三個階段，
其專案階段介紹見於後文。
表 4-6-1：2004 CMP W2W Control System 開發所需耗費的人年數
類別 第一、二階段
人年數
第 三 階 段 人 年 數
CMP 製程工程 2.0 1.0
控制工程師（IT 鐘主任工程師 與 R2R Core Team）
0.0 1.0
資訊工程師 5.0 5.5
總計 7.0 7.5
資料來源：本研究整理
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（三）技術知識之標準化程度
2004 年，原先被國際半導體標準組織 SEMI 於 1998 年公佈的 APC 架構暫 行標準（Provisional Standard）已證明失敗，以回收收場。這等於承認 APC 的 軟體架構設計難以標準化，商用 APC 市場的成長也十分緩慢，各大半導體製造 公司仍然多以策略性的角度選擇部分或是全部自行發展。但是，商用 APC 的市 場空間仍然存在，部分 APC 廠商仍然努力使自己的產品成為標準的一部分。
以 T 公司而言，產業標準沒有成立的情形下，為求系統開發與整合資源的最 優化，只好選擇自行建立自己的標準。2001 年 Photo CD R2R 系統開發所採用 的「統一核心程式碼」已證明有許多改進空間。在這個基石之上，T 公司 IT 嘗 試檢討業界知名軟體廠商的解決方案，來找出適用於 T 公司的最佳工程整合軟體 架構，其範圍不只含括 APC 系統，也包括所有現存或是即將出現的工程應用系 統。經過了嚴格的比較評選，發現當時所有的解決方案都無法在成本效益上符合 T 公司所需。IT APC 系統開發課決定先專以 APC 為目標，以現有 T 公司的現用 的 軟 體 通 訊 架 構 為 底 ， 定 義 自 己 的 標 準 並 且 完 成 實 作 － 「 Inhouse APC Framework」。IT APC 系統開發課希望透過這個內部標準，使得將來的 APC 系 統（含 R2R 與 FDC）開發與維護能夠更有效率。如圖 4-6-2：
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圖 4-6-2：「Inhouse APC Framework」概念圖