半导体前段制程检测设备技术趋势
本文针对半导体前段制程主要设备之技术趋势分述如下：
1.光罩/叠对检测
未来半导体产业的制程技术是朝着晶圆尺寸愈大、线宽尺寸愈小，
在微影制程上，虽有E-beam和x-ray微影方面的研究，
可能作为未来黄光微影技术，但光学微影仍是目前半导体制程的主流技术，
而利用光学显微镜来检查光罩和作线宽量测仍是未来的主要量测技术之一。
在进入奈米技术时代的光罩/叠对量测技术发展上，
需要不断的提高量测分辨率，和量测不确定度，
在提高光学显微镜的分辨率上，
第一可使用更短波长的光源如紫外光(UV)或深紫外光(EUV)，
第二可使用相位移补偿技术，第三可使用更大数值孔径的显微镜等。
在线宽量测技术上，可结合光学显微镜、原子力显微镜、
和扫描电子显微镜等相关量测技术。
在奈米等级的叠对量测上，利用传统的光学显微镜及框对框的叠对量测，
已无法满足需求，其他更先进的量测技术不断被发展出来，
如KLA-Tencor利用光栅标志的AIM来量测叠对，期能满足65 nm的技术需求。
2. Wafer表面检测
SPM因其扫描机构是用压电陶瓷致动器，
而压电陶瓷致动器有迟滞、非线性、老化、热漂移、
潜变、和耦合误差等特性。所以有些SPM的制造商，
会在扫描机构上用电容位移计、应变位移计、
光电位移计、或电感线性位移计等位移侦测器来作位移回授控制。
一般SPM在定性量测是一种很好的量测工具，而受到上述的误差因素，
在定量量测时有可能造成15%的误差，如果要用SPM来作定量测，
这些位移传感器必须定期校正以维持其定量量测的准确性，
且必须追溯到国际单位制的"公尺定义"，
SPM在每使用一段时间后，可用一维和二维的线距标准片、
阶高标准片等来校正其准确度和线性度，也有些制造厂开发出半导体
晶圆量测用的计量型原子力显微镜(Metrology mode)。
3.Wafer外观检测
台湾的半导体产业将会逐渐以12吋晶圆为主，
制程主流技术已正式进入线宽100奈米以下，
明年会进入65奈米，
未来几年会朝着45奈米及25奈米迈进，
量测需求的准确度要求也仅在数个奈米，甚至达1奈米以下。
在奈米技术时代的量测需求，
传统光学显微镜的分辨率渐渐无法满足要求，
短波长如紫外光和深紫外光的照明光源和更新的量测方法逐渐被发展出来，
扫描电子显微镜、电子束、x-ray等高分辨率的度量方法，
将会成为未来半导体制程中晶圆外观缺陷检测的主要量测技术之一。
4.膜厚计
硅半导体工业走向大尺寸晶圆与单一晶圆制程技术的趋势，
使得改善设备效能并减少使用昂贵监控晶圆的需求逐渐上升。
借由可于成长过程中即时量测（in-situ）的椭圆偏光仪来做制程控制，
可达到生产线上即时监控与资讯回馈，从而满足上述的需求。
为了能快速的获得数据并加以分析，
可于成长过程中即时量测的椭圆偏光量测术一般是使用单波长雷射。
然而，近来在即时（real-time）数据分析与侦测器系统上的快速发展，
使得借由成长过程中即时量测的方法来获得光谱分析上的资讯成为可能。
因为目前尚未有一个标准方法来测定薄膜厚度，
因此不同的技术方法所给的膜厚值也不尽相同，
于是对于每一个计量标准实验室来说，
要降低并处理不同方法间膜厚值的偏差成为一大挑战。
不过已经有许多人努力于将薄膜厚度的量测过程予以标准化。
例如，英国国家物理实验室（NPL）
在2002年以循环比对法来研究二氧化硅的厚度，
而此一方法被运用到大多数可能的量测方法，
像是单波长椭圆偏光仪（SWE）、分光式椭圆偏光仪（SE）、
穿透式电子显微镜（TEM）、扫瞄式电子显微镜（SEM）。
此一循环比对法是设计用来分析不同量测方法的能力，
而使用此一方法可自我测试其量测能力。
5. 粒子计数器
未来粒子计数器将朝向更有效率的整厂监视系统
(Facility Monitoring Systems)发展，
配合软硬件结合及统计分析工具使用，达更理想化严谨管控‧
洁净室工作环境各项参数。
配合不同新使用需求的新光学传感装置、光纤耦合及光学腔体发展、
不同雷射光源使用配合特殊制程需求等亦会持续发展。
另外配合不同半导体制程上需求，
包括表面分子污染(Surface Molecular Contaminatioon)
于Wafer制程表面粒子监控、CMP(Chemical Mechanical Planarization)
制程之泥浆(Slurry)粒子监控，现也已有仪器制造厂商发展出成品仪器，
也定将持续发扬光大，以更符合未来需求。
(工研院IEK张振堶)