半導體前段製程檢測設備技術趨勢
本文針對半導體前段製程主要設備之技術趨勢分述如下：
1.光罩/疊對檢測
未來半導體產業的製程技術是朝著晶圓尺寸愈大、線寬尺寸愈小，
在微影製程上，雖有E-beam和x-ray微影方面的研究，
可能作為未來黃光微影技術，但光學微影仍是目前半導體製程的主流技術，
而利用光學顯微鏡來檢查光罩和作線寬量測仍是未來的主要量測技術之一。
在進入奈米技術時代的光罩/疊對量測技術發展上，
需要不斷的提高量測解析度，和量測不確定度，
在提高光學顯微鏡的解析度上，
第一可使用更短波長的光源如紫外光(UV)或深紫外光(EUV)，
第二可使用相位移補償技術，第三可使用更大數值孔徑的顯微鏡等。
在線寬量測技術上，可結合光學顯微鏡、原子力顯微鏡、
和掃描電子顯微鏡等相關量測技術。
在奈米等級的疊對量測上，利用傳統的光學顯微鏡及框對框的疊對量測，
已無法滿足需求，其他更先進的量測技術不斷被發展出來，
如KLA-Tencor利用光柵標誌的AIM來量測疊對，期能滿足65 nm的技術需求。
2. Wafer表面檢測
SPM因其掃描機構是用壓電陶瓷致動器，
而壓電陶瓷致動器有遲滯、非線性、老化、熱漂移、
潛變、和耦合誤差等特性。所以有些SPM的製造商，
會在掃描機構上用電容位移計、應變位移計、
光電位移計、或電感線性位移計等位移偵測器來作位移迴授控制。
一般SPM在定性量測是一種很好的量測工具，而受到上述的誤差因素，
在定量量測時有可能造成15%的誤差，如果要用SPM來作定量測，
這些位移感測器必須定期校正以維持其定量量測的準確性，
且必須追溯到國際單位制的"公尺定義"，
SPM在每使用一段時間後，可用一維和二維的線距標準片、
階高標準片等來校正其準確度和線性度，也有些製造廠開發出半導體
晶圓量測用的計量型原子力顯微鏡(Metrology mode)。
3.Wafer外觀檢測
台灣的半導體產業將會逐漸以12吋晶圓為主，
製程主流技術已正式進入線寬100奈米以下，
明年會進入65奈米，
未來幾年會朝著45奈米及25奈米邁進，
量測需求的準確度要求也僅在數個奈米，甚至達1奈米以下。
在奈米技術時代的量測需求，
傳統光學顯微鏡的解析度漸漸無法滿足要求，
短波長如紫外光和深紫外光的照明光源和更新的量測方法逐漸被發展出來，
掃描電子顯微鏡、電子束、x-ray等高解析度的度量方法，
將會成為未來半導體製程中晶圓外觀缺陷檢測的主要量測技術之一。
4.膜厚計
矽半導體工業走向大尺寸晶圓與單一晶圓製程技術的趨勢，
使得改善設備效能並減少使用昂貴監控晶圓的需求逐漸上升。
藉由可於成長過程中即時量測（in-situ）的橢圓偏光儀來做製程控制，
可達到生產線上即時監控與資訊回饋，從而滿足上述的需求。
為了能快速的獲得數據並加以分析，
可於成長過程中即時量測的橢圓偏光量測術一般是使用單波長雷射。
然而，近來在即時（real-time）數據分析與偵測器系統上的快速發展，
使得藉由成長過程中即時量測的方法來獲得光譜分析上的資訊成為可能。
因為目前尚未有一個標準方法來測定薄膜厚度，
因此不同的技術方法所給的膜厚值也不盡相同，
於是對於每一個計量標準實驗室來說，
要降低並處理不同方法間膜厚值的偏差成為一大挑戰。
不過已經有許多人努力於將薄膜厚度的量測過程予以標準化。
例如，英國國家物理實驗室（NPL）
在2002年以循環比對法來研究二氧化矽的厚度，
而此一方法被運用到大多數可能的量測方法，
像是單波長橢圓偏光儀（SWE）、分光式橢圓偏光儀（SE）、
穿透式電子顯微鏡（TEM）、掃瞄式電子顯微鏡（SEM）。
此一循環比對法是設計用來分析不同量測方法的能力，
而使用此一方法可自我測試其量測能力。
5. 粒子計數器
未來粒子計數器將朝向更有效率的整廠監視系統
(Facility Monitoring Systems)發展，
配合軟硬體結合及統計分析工具使用，達更理想化嚴謹管控‧
潔淨室工作環境各項參數。
配合不同新使用需求的新光學感測裝置、光纖耦合及光學腔體發展、
不同雷射光源使用配合特殊製程需求等亦會持續發展。
另外配合不同半導體製程上需求，
包括表面分子污染(Surface Molecular Contaminatioon)
於Wafer製程表面粒子監控、CMP(Chemical Mechanical Planarization)
製程之泥漿(Slurry)粒子監控，現也已有儀器製造廠商發展出成品儀器，
也定將持續發揚光大，以更符合未來需求。
(工研院IEK張振堶)
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