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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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「看見」更小的微粒 提高半導體製程良率

撰文/陳玉鳳 攝影/黃鼎翔

工研院研發的「新世代溶液中奈米微粒監控系統」,是將化學溶液氣霧化,再搭配微分電移動度儀和凝結粒子技術器,來量測化學溶液中的粒子粒徑及分布,此種創新量測手法突破現行設備僅能偵測40奈米以上粒子的極限,一舉將可量測粒子尺寸範圍拉大為3~1,000 奈米,可望解決半導體製程持續微縮所面臨的難題之一。

半導體製程日趨微縮,目前技術已進入16奈米,多家半導體大廠甚至已宣布2016年將量產10奈米,然而在製程良率的提升上,半導體業者卻可能面臨一個難題。

在半導體濕式製程中,晶圓表面的清洗、蝕刻與研磨皆需仰賴特定化學溶液進行,而溶液中奈米粒子的尺寸與分布會影響晶圓電路圖案(pattern)的製程結果,例如清洗過程奈米粒子的殘留、研磨階段的刮痕。因此必需持續監控溶液中粒子的大小及數量,只要發現溶液粒子不符規格,就要馬上暫停及更換,以維持產品良率。

氣膠粒子量測技術 突破傳統極限

然而,「傳統的雷射光學設備『看不到』化學溶液中40奈米以下的微粒,所以只能依賴間接的監控和經驗法則,不夠精確,」工研院量測技術發展中心資深研究員何信佳指出,「半導體業者需擁有一雙能真正看得到更小微粒的『新眼睛』」。這雙新眼睛就是工研院研發成功的「新世代溶液中奈米微粒監控系統」。

此系統採用「氣膠粒子量測技術」,將化學溶液氣霧化後進行氣體粒子的量測,除了能量測小到三奈米的微粒外,這種方法還有一個好處,就是能避免將氣泡誤判為微粒,何信佳指出,傳統上溶液監測會有微奈米氣泡影響混合信號的問題,而在溶液霧化過程中,氣泡會破掉,這個問題也就迎刃而解。

與台積電合作 實驗室技術導入產線

「新世代溶液中奈米微粒監控系統」研發計畫始自台積電打來的一通電話。台積電想利用量測氣體粒子的方法量測製程化學溶液,且必須能夠24小時連續在產線上進行監測。該公司首先是向美國知名研發機構NIST求援,然而該機構專家轉而向台積電推薦曾在2010年前往NIST研究的何信佳博士。

「接到台積電人員的電話,我很高興能將原本就已開發的量測氣體粒子儀器,進一步運用在半導體製程中,」然而,之後排山倒海而來的挑戰,卻也讓何信佳及團隊成員一路走來深感壓力。在沒有工廠、沒有專業製造人員的情況下,如何整合技術和工程是極為艱鉅的考驗,但他們終究是走過來了,「能將實驗室用的技術轉換為工廠用的儀器,我認為這是我們團隊最大的成功。」何信佳強調。

除運用於半導體製程外,此系統也能用於其他光電製造或生物製藥等產業。未來,工研院將繼續投入更快速、粒子尺寸範圍更廣,甚至是整合成分分析的儀器,為產業界提供更強大的量測能量。

工研院研發的「新世代溶液中奈米微粒監控系統」,突破奈米微粒的量測極限,可望解決半導體製程持續微縮所面臨的難題。
工研院研發的「新世代溶液中奈米微粒監控系統」,突破奈米微粒的量測極限,可望解決半導體製程持續微縮所面臨的難題。

新世代溶液中奈米微粒監控系統”Supersizer”- 工研院

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在半導體濕式製程中,晶圓表面的清洗、蝕刻與研磨皆需仰賴特定化學溶液進行,而溶液中奈米粒子的尺寸與分佈會影響晶圓電路圖案(pattern)的製程結果,例如清洗過程奈米粒子的殘留,研磨階段的刮痕。因此溶液中粒子的大小及數量必需被持續監控,只要發現溶液粒子不符規格,就必需馬上暫停及更換,才能維持產品良率。因此半導體業者需擁有一雙能真正看得到更小微粒的『新眼睛』,這雙新眼睛就是工研院(ITRI)所研發成功的「新世代溶液中奈米微粒監控系統」。



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