雷射散射技術用於晶圓瑕疵檢測

前言

近幾年由於半導體製程的微縮下，使得元件開發尺寸越來越小，因此造就了穿戴式產品的崛起，在2014年美國聖荷西（San José）所舉辦的國際晶圓級封裝技術研討會（International Wafer-Level Packaging Conference, IWLPC）上，Dr. Janusz Bryzek演講指出在2006年行動式感測器（mobile sensor）是以222%的年成長率在提升，在2013年則以56%逐年成長，預計在2021年會達到兆級感測器（trillion sensor, TSensor） [1]，如圖1所示，此外，Dr. Ted Tessier亦認同由於半導體技術的提升，使得微小化及多功能感測器的時代來臨，亦即造就了兆級感測器的產生，因此便使得穿戴裝置用於不同領域的重大突破，像是醫護照料裝置、運動監控裝置及睡眠品質裝置…等[2]，如圖2所示，同時Dr. Mehran Mehregany則提到因為兆級感測器的出現，造就了醫療器材的轉型與應用，在醫療器材逐漸採用穿戴裝置及無線化的監控，以提高產值並可降低其醫療成本的支出[3]。因此目前行動裝置對於先進半導體製程的需求十分強勁，而根據國際半導體技術發展藍圖（international technology roadmap for semiconductors, ITRS）所預測的產業需求來看，目前半導體大廠包括台積電、英特爾及三星在內，皆已開始跨入十幾奈米的先進製程，且隨著半導體製造技術由二維晶片（two-dimensional integrated circuit, 2DIC）轉進三維晶片（3DIC）世代後，像是三維記憶體、鰭式場效電晶體（fin field-effect transistor, FinFET）或多重曝影微影（double patterning）…等技術將是未來主流，而由2015年晶圓檢測設備於全球採購統計數據來看，如圖3所示，台灣約占27%成為最大的採購國，其次是韓國的24%，再者是美國及日本的16%及12%，且由年度成長分佈可以看出晶圓檢測設備採購金額每年都維持在30至50億美元左右，這是由於目前半導體朝向製程微縮的時代，晶圓缺陷檢測的難度亦跟著提升，因此需要更有效率的檢測技術支援，其中晶圓缺陷檢測技術主要包括暗場、亮場、雷射散射及電子束…等幾種方式[4, 5]，而在半導體製程進入微縮世代後，傳統光學暗場及亮場檢測技術便遭遇瓶頸，這是由於光學物理極限的繞射現象限制了影像極限，導致圖形鑑別率大幅下降，並無法有效的辨識線路及缺陷，因此在微縮製程下，檢測技術是以電子束及雷射散射為主。而由半導體主流製程的微縮轉換趨勢來看，電子束檢測並無法取代雷射散射檢測，尤其晶圓廠在要求提升先進製程良率之際，也要同步放大投片產能，以電子束缺陷檢測設備支援的產出速度太慢，短期內仍無法與雷射散射檢測設備相抗衡，因此雷射散射檢測技術是一種非常有效的技術，可以用來偵測晶圓表面上的附著微粒（particle）、缺陷和表面粗糙度…等。因此本文主要介紹雷射散射運用於晶圓表面缺陷檢測技術，其主要藉由穩定且低雜訊的短波長雷射入射至晶圓表面上，其雷射散射光因晶圓表面缺陷特性的不同，將具有不同的散射光強度及分佈，分析其訊號便可以精確的分辨晶圓表面上奈米微粒的尺寸、形狀和材質…等。