台積電晶圓良率提升的秘密武器-奈米微粒監控系統

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,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,就必需馬上暫停及更換,才能維持產品良率。

photo credit: Sandia Labs via flickr CC BY 2.0

過去監測溶液中粒子的技術是雷射光學設備,但是雷射光學設備有侷限,「看不到化學溶液中40奈米以下的微粒」,當半導體製程日趨微縮,甚至進入10奈米製程時候,半導體業者必須尋找能看到更小微粒的監控技術。

photo credit: ITRI

這個技術瓶頸,就連晶圓代工龍頭台積電都必須對外求援,最後找到了同在新竹的工研院,以「新世代溶液中奈米微粒監控系統」技術,讓這製程瓶頸有突破的可能。

傳統的溶液監測方式不但監測不到化學溶液中40奈米以下的微粒,還會發生將氣泡誤判為微粒,影響混合信號的問題,但工研院的「新世代溶液中奈米微粒監控系統」技術採用「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,也沒有誤判氣泡的問題。

「新世代溶液中奈米微粒監控系統」,將化學溶液氣霧化後,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。

除了運用於半導體製程外,此技術也能用於其他光電製造或生物製藥等產業。


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