先进半导体制程量测技术 提升晶片良率的幕后功臣

2008年10月，奥图码发表全球第一台掌上型投影机，仅重80公克，却可连结iPod、数位相机及游戏机等。2010年1月，苹果发表高效能的平板电脑 iPad，外观仅有A4纸张的四分之三。2010年6月，Sony推出全世界最轻的NEX-3单眼相机，仅重229公克，比一罐牛奶盒还轻。

追求轻、薄、短、小及高效能，已是所有3C消费性电子产品的趋势，但随着其快速演进的过程背后势必要不断开发先进且高效能的晶片制程技术，因此致力于提升晶片良率与效能，一直是国际半导体大厂不遗余力的目标。

工研院量测技术发展中心正研究员顾逸霞，突破传统奈米量测的方式，研发出世界领先的In-chip微影制程叠对量测专利，以32奈米制程而言，在2009 年时量测精准度就可达0.57奈米以下，足足领先国际半导体技术蓝图检测需求时程4年。过去7年来，她还产出国内外55件半导体量测关键技术专利、56篇原创性国内外期刊论文，期间技转给国际大厂的金额更超过新台币8,000万元，如此杰出的成就，让她一举拿下经济部科专计画首届「科技女杰奖」。

推动制程叠对技术不断提升

顾逸霞表示，高效能的晶片，须透过精准的半导体积体电路制程产出，但由于积体电路制程线宽愈做愈小，从65奈米制程演进到45奈米、32奈米、22奈米……，精准度的要求会随制程线宽的下缩而提高，由于线宽已经远小于传统影像量测法所能侦测的极限，同时积体电路的图样密度及制程复杂度不断增加，使得 45奈米以下制程的良率面临到极大的挑战。因此，必须「仰赖最先进的奈米叠对量测技术，来验证电路曝写的堆叠间是否精准，线宽尺寸误差是否在容许的范围内，」她说。

为了克服良率挑战，必须增加更多制程叠对(Overlay)量测取样，并且更有效率地运用先进叠对图样设计，同时提升叠对系统的精准度与速度。因此需要开发创新并且可靠的制程叠对检测技术应用于先进制程即时检测及回馈控制，以确保量产制程产品良率能够提升，国际上相关研究单位都积极朝向开发可突破光学绕射极限的量测技术，以确保未来前瞻制程参数的量测准确度能符合国际半导体技术蓝图(ITRS, International Technology Roadmap of Semiconductor)的要求。

外型温柔婉约的顾逸霞，领军工研院量测中心的先进半导体制程量测技术发展，在以男性居多的半导体制程量测领域闯出一片天。(摄影／邹福生)
工研院量测技术发展中心指出，目前单就叠对量测检测机台的商机就上看十亿元，顾逸霞指出，她和团队所研发出的In-chip微影制程叠对量测专利，以突破光学绕射极限的创新光学式检测方法，可以检测出晶片内部任何位置的叠对误差，有别于过去量测技术仅能在晶片外围作量测的缺点，且能即时且快速的反应，不仅提高了50％的精准度，也对先进制程良率提升有莫大贡献。研发出的量测技术也屡获得国际半导体大厂如台积电及AMD(Advanced Micro Device)等所采用，其中光是台积电也因导入此技术，降低制程成本，年产值超过新台币500亿元。

顾逸霞自2004年起主持先进半导体制程量测技术开发计画，期间建立了多项自有的团队核心技术，包括亮场显微影像检测技术、雷射散射仪检测技术等，并研发世界领先之原创性In-chip微影制程叠对量测专利设计，发展奈米结构绕射成像理论模拟平台以达最佳化量测设计，及高解析量测数值演算法可突破传统影像量测法所能侦测的极限，提升微影制程参数量测精确度，可整合应用于关键尺寸、叠对误差、线宽粗糙度、侧壁角度等多参数In-line即时检测回馈控制。

透过合作追求技术突破

她建立以雷射散射术为机制之下世代快速大面积制程线上检测新技术，使用电磁理论建立3D奈米结构散射理论模型，配合创新高灵敏度演算法进行制程参数即时分析，预期成为22奈米制程检测技术主流。藉由实际制程量测验证结果完善修正后的理论模拟平台，未来将可大量且快速的应用于制程参数量测最佳化设计及量测。预期能够加速制程运作、降低杂讯，进一步提升产能速度(MAM time ?0.6 sec, Move-Acquire-Measure)和精准度。

顾逸霞强调，量测技术之所以能够不断进步，和国际大厂合作也是技术突破的关键。研发团队长期与国际半导体检测机台厂商合作，包括英商Accent Optical Technologies及美商耐诺(Nanometrics Incorporated)等，将自行研发的最佳化量测设计及创新数值演算法导入，以提升线上检测机台之效能。

2004至2007年间，顾逸霞带领团队与台积电及Accent Optical共同合作挑战国际半导体技术蓝图2010年所需求的45奈米制程检测技术。台积电微影制程研发处投入最先进的193奈米浸润式曝光显影制程 (Immersion Lithography)及光罩制作技术，Accent Optical投入先进12寸晶圆量测机台开发技术，顾逸霞团队则投入包括In-chip叠对量测专利设计及跨焦取像(Through focus)量测方法专利技术开发，并将团队开发的最佳化奈米图像量测设计及新创数值演算法实际导入Accent Optical的半导体检测机台，成功完成了台积电先进制程逐层量测验证。

这项合作案有效善用国合策略及技术资源共享，缩短了技术研发时程，并降低计画所需经费，除了有效解决次世代检测技术需求，并具备了国际领导技术指标性意义。顾逸霞认为，正因为多方互利合作，才能让量测技术一路突破。

2009年时，她所率领的研究团队，研发出的32奈米叠对精准度就已达到0.57奈米以下，足足领先ITRS所设定2013年量产检测需求，深具前瞻性。

但她也不讳言，一开始争取国际合作时，并不是那么顺利，例如光是和台积电签约，就足足谈了9个月才下来，首先必须以耐心诚意接受对方先期试用验证，直到我方检测技术确实超越国际上现有技术后，后续才促成多项的国际技术授权，也因此台积电的研发人员也私下还昵称她为「顾老大」。