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應用於半導體製程即時監測之光學式氣體折射率量測系統
作者
韋安琪、沈鈺翔、張尚庭
刊登日期：2026/10/01
摘要
半導體製程技術持續朝高精密化發展，製程腔內氣體狀態之穩定將有助於維持產品品質與提升良
率，因此對於即時監測技術之需求與日俱增。本文首先分析常見之半導體製程氣體監測技術，探討其適
用範圍與特性。接著介紹一套新型之光學式氣體折射率量測系統，並說明其應用於半導體製程即時監測
之原理與初步實驗結果。
Abstract
As the semiconductor processing technologies develop continuously toward high precision,
maintaining the stability of gas conditions within process chambers is essential for ensuring product quality and
improving yield. Consequently, the demand for real-time monitoring technologies is growing. This article first
surveys semiconductor processes involving the use of gases and their roles in these processes, followed by an
analysis of gas monitoring technologies and their characteristics. Subsequently, the optical gas refractive index
measurement system developed by our team is introduced, along with the principles of its application to real-time
monitoring in semiconductor processes and preliminary experimental results.
前言
隨著半導體製程線寬微縮與 3D IC 崛起，製程持續複雜化，使得關鍵製程如化學氣相沉積（Chemical vapor deposition，CVD）、原子層沉積（Atomic layer deposition，ALD）、微影（Lithography）與蝕刻（Etching）等，對製程環境穩定性與製程控制精度之要求日益提升。因此，即時且高靈敏度的製程監測技術亦成為提升良率與製程精度的關鍵。
氣體密度與氣體折射率相關，監測氣體折射率將有效監控氣體密度。對於需通入氣體之製程而言，藉由即時且非侵入式監測氣體折射率，可反應氣體密度變化，而能在不影響製程參數下取得製程漂移、製程終點等資訊，以利：即時補償氣體參數、即時停機、降低氣體過耗、降低異常製程持續發生之風險，故有助於控制製程條件與成本並確保產品品質。
半導體製程氣體監控技術
半導體製程中，涉及氣體使用的步驟多達數百道以上，除了前述之沉積、微影、蝕刻製程外，氧化（Oxidation）、摻雜（Doping）、退火（Annealing），以及反應腔清洗（Chamber cleaning）等製程也涉及氣體［1］。舉例而言，於薄膜氣相沉積、乾式蝕刻中，氣體主要係參與反應之反應氣體或維持製程電漿環境與支援製程運作之工作氣體（如 Ar、He），其流量、濃度等對製程良率的影響大。又如 EUV 微影製程，因 EUV 易被空氣、水蒸氣及大多數的氣體吸收，光路須於高真空環境，且 EUV 微影系統之反射鏡通常需藉少量高純度氫氣吹掃以抑制碳汙染，故需監控真空壓力、氫氣流量、殘留氣體組成等，以維持光源及反射鏡效能，並降低殘留氣體汙染與氣態分子汙染（Airborne molecular contamination，AMC）對曝光品質之影響［2］［3］。
DOI:10.30256/JIM.202610_(523).0010
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2026年10月號
(單篇費用：參考材化所定價)