『您的瀏覽器不支援JavaScript功能,若網頁功能無法正常使用時,請開啟瀏覽器JavaScript狀態』

跳到主要內容區塊

工業技術研究院

:::

工業技術與資訊月刊

出版日期:

正方形 Icon 創新之鑰Innovation

先進半導體製程量測技術 提升晶片良率的幕後功臣

文/楊桂華

2008年10月,奧圖碼發表全球第一台掌上型投影機,僅重80公克,卻可連結iPod、數位相機及遊戲機等。2010年1月,蘋果發表高效能的平板電腦iPad,外觀僅有A4紙張的四分之三。2010年6月,Sony推出全世界最輕的NEX-3單眼相機,僅重229公克,比一罐牛奶盒還輕。

追求輕、薄、短、小及高效能,已是所有3C消費性電子產品的趨勢,但隨著其快速演進的過程背後勢必要不斷開發先進且高效能的晶片製程技術,因此致力於提升晶片良率與效能,一直是國際半導體大廠不遺餘力的目標。

工研院量測技術發展中心正研究員顧逸霞,突破傳統奈米量測的方式,研發出世界領先的In-chip微影製程疊對量測專利,以32奈米製程而言,在2009年時量測精準度就可達0.57奈米以下,足足領先國際半導體技術藍圖檢測需求時程4年。過去7年來,她還產出國內外55件半導體量測關鍵技術專利、56篇原創性國內外期刊論文,期間技轉給國際大廠的金額更超過新台幣8,000萬元,如此傑出的成就,讓她一舉拿下經濟部科專計畫首屆「科技女傑獎」。

推動製程疊對技術不斷提升

顧逸霞表示,高效能的晶片,須透過精準的半導體積體電路製程產出,但由於積體電路製程線寬愈做愈小,從65奈米製程演進到45奈米、32奈米、22奈米……,精準度的要求會隨製程線寬的下縮而提高,由於線寬已經遠小於傳統影像量測法所能偵測的極限,同時積體電路的圖樣密度及製程複雜度不斷增加,使得45奈米以下製程的良率面臨到極大的挑戰。因此,必須「仰賴最先進的奈米疊對量測技術,來驗證電路曝寫的堆疊間是否精準,線寬尺寸誤差是否在容許的範圍內,」她說。

為了克服良率挑戰,必須增加更多製程疊對(Overlay)量測取樣,並且更有效率地運用先進疊對圖樣設計,同時提升疊對系統的精準度與速度。因此需要開發創新並且可靠的製程疊對檢測技術應用於先進製程即時檢測及回饋控制,以確保量產製程產品良率能夠提升,國際上相關研究單位都積極朝向開發可突破光學繞射極限的量測技術,以確保未來前瞻製程參數的量測準確度能符合國際半導體技術藍圖(ITRS, International Technology Roadmap of Semiconductor)的要求。

工研院量測技術發展中心指出,目前單就疊對量測檢測機台的商機就上看十億元,顧逸霞指出,她和團隊所研發出的In-chip微影製程疊對量測專利,以突破光學繞射極限的創新光學式檢測方法,可以檢測出晶片內部任何位置的疊對誤差,有別於過去量測技術僅能在晶片外圍作量測的缺點,且能即時且快速的反應,不僅提高了50%的精準度,也對先進製程良率提升有莫大貢獻。研發出的量測技術也屢獲得國際半導體大廠如台積電及AMD(Advanced Micro Device)等所採用,其中光是台積電也因導入此技術,降低製程成本,年產值超過新台幣500億元。

顧逸霞自2004年起主持先進半導體製程量測技術開發計畫,期間建立了多項自有的團隊核心技術,包括亮場顯微影像檢測技術、雷射散射儀檢測技術等,並研發世界領先之原創性In-chip微影製程疊對量測專利設計,發展奈米結構繞射成像理論模擬平台以達最佳化量測設計,及高解析量測數值演算法可突破傳統影像量測法所能偵測的極限,提升微影製程參數量測精確度,可整合應用於關鍵尺寸、疊對誤差、線寬粗糙度、側壁角度等多參數In-line即時檢測回饋控制。

透過合作追求技術突破

她建立以雷射散射術為機制之下世代快速大面積製程線上檢測新技術,使用電磁理論建立3D奈米結構散射理論模型,配合創新高靈敏度演算法進行製程參數即時分析,預期成為22奈米製程檢測技術主流。藉由實際製程量測驗證結果完善修正後的理論模擬平台,未來將可大量且快速的應用於製程參數量測最佳化設計及量測。預期能夠加速製程運作、降低雜訊,進一步提升產能速度(MAM time 0.6 sec, Move-Acquire-Measure)和精準度。

顧逸霞強調,量測技術之所以能夠不斷進步,和國際大廠合作也是技術突破的關鍵。研發團隊長期與國際半導體檢測機台廠商合作,包括英商Accent Optical Technologies及美商耐諾(Nanometrics Incorporated)等,將自行研發的最佳化量測設計及創新數值演算法導入,以提升線上檢測機台之效能。

2004至2007年間,顧逸霞帶領團隊與台積電及Accent Optical共同合作挑戰國際半導體技術藍圖2010年所需求的45奈米製程檢測技術。台積電微影製程研發處投入最先進的193奈米浸潤式曝光顯影製程(Immersion Lithography)及光罩製作技術,Accent Optical投入先進12吋晶圓量測機台開發技術,顧逸霞團隊則投入包括In-chip疊對量測專利設計及跨焦取像(Through focus)量測方法專利技術開發,並將團隊開發的最佳化奈米圖像量測設計及新創數值演算法實際導入Accent Optical的半導體檢測機台,成功完成了台積電先進製程逐層量測驗證。

這項合作案有效善用國合策略及技術資源共享,縮短了技術研發時程,並降低計畫所需經費,除了有效解決次世代檢測技術需求,並具備了國際領導技術指標性意義。顧逸霞認為,正因為多方互利合作,才能讓量測技術一路突破。

2009年時,她所率領的研究團隊,研發出的32奈米疊對精準度就已達到0.57奈米以下,足足領先ITRS所設定2013年量產檢測需求,深具前瞻性。

但她也不諱言,一開始爭取國際合作時,並不是那麼順利,例如光是和台積電簽約,就足足談了9個月才下來,首先必須以耐心誠意接受對方先期試用驗證,直到我方檢測技術確實超越國際上現有技術後,後續才促成多項的國際技術授權,也因此台積電的研發人員也私下還暱稱她為「顧老大」。

往3D IC新路挑戰極限

勇於求新求變的顧逸霞,近年來則將研發能量延伸應用至新興崛起的3D IC製程檢測。她強調,目前半導體的製程線寬,雖然從之前的的90奈米、65奈米、45奈米,走到了32奈米甚或是22奈米,若持續要發展下一世代更小線寬的製程,則勢必要花費巨額經費投入全新的製程設備與材料研發;因此近期她也投入新興崛起的3D IC製程檢測技術,有別於既有晶片二維積體電路晶片不斷下縮製程線寬的方式,3D IC製程是藉由立體堆疊方法增加積體電路密度同樣達到輕、薄、短、小及高效能的目的。

由於3D IC製程產品結構的密度及複雜度前所未有,再加上傳統光學顯微鏡方法無法檢測多層且不透光之矽材質,因此她建立突破性的紅外共焦顯微檢測技術,在不破壞高密度堆疊之待測晶片的情況下,達到高解析度之疊層對位及疊層結構三維形貌量測分析,這是一項突破性的非破壞、可穿透矽基材、即時線上之檢測技術。

清華大學光電工程研究所教授劉容生表示,顧逸霞在先進半導體量測上的表現「非常outstanding」,不因是女性而有所差別。她特殊的量測經驗,等於找出「霧中看花」的方法,並永遠蓄積能量、push the envelope(挑戰極限),將量測方法發揮到極致。

顧逸霞在工研院任職之餘,也在清華大學光電工程研究所擔任教職,今年還獲選光電所內教學滿意度最高的老師。做什麼像什麼,凡事做到最好,是顧逸霞給人的第一印象;但她則謙虛地說,在她的腦海中,沒有「我不能、我不行、我不要」,只有盡力把事情做好。

除了感謝先生的包容,協助她照顧兩名子女外,她也感激八十多歲退而不休的父親,帶給她最佳的典範,激勵她在研發的歷程中不斷追求突破、勇於創新,才能在以男性為主導的先進半導體領域中,以女性之姿撐起一片天。



[{"text":"企業網","weight":13.0},{"text":"材化所","weight":11.5},{"text":"機械所","weight":10.0},{"text":"綠能所","weight":9.4},{"text":"生醫所","weight":8.0},{"text":"半導體","weight":6.2},{"text":"南分院","weight":5.0},{"text":"太陽能","weight":5.0},{"text":"課程","weight":5.0},{"text":"遠紅外線","weight":5.0},{"text":"雷射","weight":4.0},{"text":"LED","weight":4.0},{"text":"LED可見光","weight":3.0},{"text":"5G","weight":3.0},{"text":"工研人","weight":3.0},{"text":"電光所","weight":3.0},{"text":"綠能與環境研究所","weight":3.0},{"text":"機械","weight":3.0},{"text":"資通所","weight":2.0},{"text":"面板","weight":2.0},{"text":"文字轉語音","weight":2.0},{"text":"實習","weight":2.0},{"text":"無人機","weight":2.0},{"text":"生醫","weight":2.0},{"text":"3D","weight":2.0},{"text":"v2x","weight":2.0},{"text":"員工","weight":2.0},{"text":"地圖","weight":2.0},{"text":"太陽光電","weight":2.0},{"text":"材料與化工研究所","weight":1.0}]