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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

390期2024年11月號

出版日期:2024/11/15

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EUV計量標準 壯大檢測產業鏈

撰文/賴宛靖

工研院建立EUV計量標準並開發相應的量測儀器,助臺灣半導體產業提升生產效率。
工研院建立EUV計量標準並開發相應的量測儀器,助臺灣半導體產業提升生產效率。

如果極紫外光(Extreme ultraviolet;EUV)微影曝光技術是半導體先進製程的屠龍寶刀,那麼用來計量輻射與精確曝光時間的EUV計量標準,則堪稱屠龍刀內的兵法秘笈。工研院以多年累積的光輻射計量經驗,研發EUV計量標準,確保輻射計量之正確性,有效提升半導體先進製程的精度,壯大臺灣半導體產業生態系。

半導體技術飛速進步,從7奈米邁向更先進的技術節點,甚至埃米技術也指日可待,其中EUV微影技術已成為半導體製程的核心。過去,半導體製程仰賴深紫外光(Deep Ultraviolet;DUV)技術。隨著製程進步,DUV技術逐漸出現侷限,EUV光源能提供更短的波長,使半導體蝕刻製程中的線寬更精細,以滿足更高階的製程。

然而,技術進步的同時也帶來新的挑戰,如何精確掌握EUV輻射計量與曝光時間,是良率的關鍵。「就像拍照時需要準確的曝光時間來獲得清晰的照片一樣,在EUV微影製程中,如果曝光計量不足,線寬會變得不穩定,因此EUV技術的核心之一便是精準掌握計量標準,這正是我們研發的初衷。」工研院量測技術發展中心經理陳政憲說。

終結試誤 成功建立EUV量測系統

在EUV技術成熟前,半導體先進製程得靠多次曝光的方式來完成較小的線寬,不僅費時且成本高、風險大;產業急需可降低成本,又能滿足製程需求的EUV技術,但在初期應用時,全球都缺乏一套EUV技術的計量標準,廠商只能透過試誤,反覆調整參數和測試,找出合適的曝光計量和時間。為此,工研院自2018年著手進行EUV技術中的輻射計量研究。

萬事起頭難,關於EUV計量依據,無論是學界還是業界皆寥寥可數、沒有前例可循;更挑戰的是,能夠進行EUV輻射計量測試的國家集中在德國、美國、日本等少數國家,團隊只能從零開始。

「最大挑戰是EUV光源的取得,由於EUV微影設備的造價極其昂貴,一套設備的成本高達數億歐元,團隊無法自行購置設備,只能仰賴同步輻射技術、模擬EUV光源後再用演算法校正,」陳政憲指出。

研發過程中,團隊與同步輻射研究中心合作,利用其提供的光源進行測試,克服能量較低和發光模式不一致等技術難題,再開發專屬演算法,成功彌補了實驗光源與量產光源之間的差異,將實驗數據轉化為適合產線應用的計量標準。此外,EUV光源只能在真空或特殊氣體環境下進行傳輸,傳統的光學設備無法直接應用,需設計特別的實驗環境,因此,團隊也開發了專屬的測量設備,終於成功建立一套模擬實際量產情況的計量測試系統。

計量技術設備自主 護國群山更穩固

工研院也協助廠商,將此技術導入In Process量測,也就是在EUV微影製程中,直接線上量測EUV輻射照度及輻射劑量,更快更即時;此外,針對新設備導入需經一段時間的磨合與微調陣痛期,「我們也開發了相應的量測儀器,廠商不必破壞原來的EUV微影製程設備,也無須外加其他組件,就能以原來的製程進行量測,大大提升了生產效率,」陳政憲表示,該量測儀器經實驗室校準,累積了豐富經驗,確保在各種生產條件下都能穩定運行,提供精確可靠的數據。

陳政憲認為,目前半導體技術節點正從5奈米、3奈米推進至1奈米,且持續採用EUV微影製程及高數值孔徑極紫外光(High-NA EUV)機台製造,未來相關產業鏈如製程、檢測設備、關鍵零組件,以及半導體材料開發,都與EUV微影設備的應用息息相關,因此EUV計量標準的建立,對推動先進微影製程有極大助益。

「除了建立計量標準外,工研院也專注研發以EUV技術為基礎的檢測設備,能夠提供有別於DUV或掃描式電子顯微鏡(SEM)的全新分析方式,帶領臺灣半導體檢測設備廠商進入先進微影製程,協助廠商在先進製程的檢測設備領域有所突破。」

臺灣半導體製造全球領先,然而製程與檢測設備仍高度依賴國際大廠,如今工研院建立EUV計量標準並研發設備,不僅增加對EUV製程與量測技術的掌握度,也具備出口至他國的實力。隨著全球對EUV技術需求日益增長,EUV計量技術自主,將有助於壯大臺灣半導體檢測設備生態系,讓護國群山更加穩固。

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