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什么是Dummy Wafer（填充片）

老虎說芯|Tiger Chip|

2024-12-09 10:48:51 793

一、Dummy Wafer 的定義與作用

Dummy Wafer，中文稱為填充片，是在晶圓制造過程中專門用于填充機臺設備的晶圓，通常不會用于實際生產，也不會直接作為成品出售。其主要作用是為滿足設備運行的特定要求或約束，確保設備的工藝性能穩定，同時優化資源利用率并減少生產風險。

Dummy Wafer 的設計和使用是晶圓廠生產管理的重要組成部分。在晶圓制造的不同工藝階段，由于設備的特性及工藝要求，Dummy Wafer 在保證設備正常運行、優化資源分配、降低良品晶圓損耗方面起到了不可替代的作用。

二、Dummy Wafer 的具體用途

Dummy Wafer 的使用場景多種多樣，根據其用途主要可以分為以下幾個方面：

1、填充設備容量

某些設備（如爐管、刻蝕機）在運行時對晶圓數量有一定要求。例如，爐管設備的熱處理工藝需要晶圓在一定數量的情況下，才能形成穩定的氣流、溫度場和化學反應環境。如果只放置少量生產晶圓，設備性能可能不穩定，最終影響工藝質量。因此，Dummy Wafer 被用來填充設備以達到所需數量。

比喻：將晶圓設備比作一個烤箱，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，Dummy Wafer 起到了“湊人數”的作用，確保設備在最佳負載下運行。

2、保護生產晶圓

在某些高風險工藝中，比如離子注入、刻蝕和化學氣相沉積（CVD），設備調試或初始工藝階段可能存在工藝不穩定或顆粒生成較多的情況。如果直接使用生產晶圓（PW），可能造成不可挽回的良率損失。Dummy Wafer 在此類工藝中起到試探性作用，避免生產晶圓直接暴露在潛在風險下。

比喻：Dummy Wafer 就像探路先鋒，先確認前方道路安全，再讓生產晶圓“放心通過”。

3、均勻分布工藝負載

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

4、減少設備閑置成本

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

5、進行設備驗證和工藝調試

Dummy Wafer 通常被用作設備的驗證載體。例如，在設備維護、清洗后，需要使用 Dummy Wafer 測試設備狀態是否恢復正常。如果檢測到異常，可以調整設備參數或進行再次清洗，而不需要直接損耗生產晶圓。

類比：設備就像一輛汽車，Dummy Wafer 就像測試用的輪胎，確保汽車性能正常后，再換上“昂貴”的生產用輪胎。

三、Dummy Wafer 的材料選擇與使用特點

Dummy Wafer 的材質和規格通常根據工藝要求和設備特性而定。以下是 Dummy Wafer 的主要特點：

1、材料

大多數 Dummy Wafer 使用與生產晶圓相同的基材（如單晶硅或多晶硅），以保證在設備中的表現一致。

對于某些特殊工藝場景（如高溫工藝），Dummy Wafer 的材料可能會更耐用，但成本相對較低。

2、表面處理

Dummy Wafer 的表面通常不需要與生產晶圓相同的精細處理。它們可以是拋光晶圓，也可以是測試級晶圓。

部分 Dummy Wafer 可能會重復使用，直到出現較大的損傷或顆粒污染，才會被更換。

3、使用壽命

Dummy Wafer 通常會被循環使用，但其使用壽命取決于具體工藝和設備要求。例如，在高溫、高腐蝕環境中，其壽命會較短。

4、成本考量

Dummy Wafer 的成本通常遠低于生產晶圓，但仍需要妥善管理和維護，以避免不必要的浪費。

四、Dummy Wafer 的管理和優化

在晶圓制造過程中，Dummy Wafer 的管理是一項需要高度關注的任務。以下是相關管理和優化措施：

1、使用追蹤

建立 Dummy Wafer 的使用記錄，跟蹤其使用次數、使用工藝和損耗情況。通過數據分析優化 Dummy Wafer 的更換周期。

2、減少污染

Dummy Wafer 的重復使用可能會帶來顆粒或化學污染，因此需要定期清洗或替換，確保設備內部環境清潔。

3、工藝適配

不同工藝對 Dummy Wafer 的要求不同，需要根據工藝特點選擇合適的 Dummy Wafer。例如，在薄膜沉積中，Dummy Wafer 表面的光潔度可能直接影響薄膜質量。

4、庫存管理

由于 Dummy Wafer 不會直接用于生產，其庫存管理需要考慮成本控制與生產需求之間的平衡。

5、廢棄處理

報廢的 Dummy Wafer 應根據環保要求妥善處理，例如回收硅材料或作為低級別測試晶圓使用。

五、Dummy Wafer 的實際案例分析

以下通過兩個典型場景，進一步說明 Dummy Wafer 的具體應用：

1、爐管填充

在氧化工藝中，爐管設備對晶圓數量要求嚴格，過少的晶圓可能導致溫度場不均，影響氧化層厚度。Dummy Wafer 的加入不僅填補了數量要求，還能起到保護生產晶圓的作用。

2、刻蝕設備調試

刻蝕設備在工藝切換或維護后，需要對刻蝕速率、均勻性進行測試。如果直接使用生產晶圓，可能產生嚴重損失。通過 Dummy Wafer 驗證刻蝕工藝后，可以確保生產的安全性和穩定性。

六、總結

Dummy Wafer 是晶圓制造過程中不可或缺的一部分，其作用貫穿設備維護、工藝調試到資源優化等多個方面。在實際操作中，合理使用 Dummy Wafer 不僅能夠降低生產成本，還能提高設備利用率和工藝穩定性。

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