量測資訊第207期：半導體檢測與計量

目錄

前言

臺灣半導體產業傲視全球，由於新興科技快速發展，電動車、5G無線通訊以及AIoT智慧應用等，正持續帶動半導體需求的成長。根據SEMI國際半導體產業協會2022年中市場報告指出：「受惠於半導體廠積極擴充產能，全球半導體設備市場規模今年將達1,175億美元，其中臺灣繼2019年後，再度成為全球最大設備採購市場，首次突破300億美元大關，預計至2023年將持續蟬聯半導體設備市場寶座。」顯示臺灣半導體產業持續深耕先進技術之發展，有雄厚實力面對產業環境快速變化的挑戰。

由於晶片的線寬越來越窄、突破物理極限的難度也不斷升高。半導體檢測與計量將是克服半導體製程中系統複雜度的關鍵。對於製程環境的無塵等級、晶圓表面的潔淨度、原物料(包括氣體、溶劑、金屬鍍膜)的純度等，皆需有精密的計量技術據以嚴格控管。為此本刊特節選「半導體原物料之超微量分析技術簡介」、「半導體原物料不純物計量標準-鉛溶液驗證參考物質」、「單一顆粒感應耦合電漿質譜技術應用於奈米顆粒濃度之量測」以協助產業確保製程中如溶液或特殊氣體中顆粒、金屬不純物等微量干擾物的量測與監控；此外，為了製程控制的穩定，對結構、薄膜厚度、線寬尺寸等參數測量，藉由新穎之「被動式基材螢光薄膜厚度檢測技術」以非破壞性且高效率之檢測技術，協助半導體產業解決超薄膜厚度之量測瓶頸。

因應智能汽車、5G、智慧人機介面發展需求，新興材料與檢測技術開發成為新焦點，具有高功率電力電子的寬能隙碳化矽(Sic)成為半導體材料新秀，「碳化矽快速應力檢測技術」以全域式及顯微式兩種偏光應力量測模組，可快速量測整片晶圓應力均勻性，將晶格缺陷可視化，解決一般光學顯微鏡無法檢測晶格缺陷的問題。隨著5G高頻通訊技術應用發展，毫米波通訊元件間距逐漸微縮化，使高頻電磁干擾嚴重，「毫米波屏蔽材料開發與寬頻兆赫波量測技術評估」，以寬頻兆赫茲時域頻譜分析技術，精確量測高頻屏蔽吸收材之屏蔽率，有效控制因天線訊號在積體電路內震盪造成短路之干擾問題。

為產業創新，臺灣在LED、半導體與面板廠產業力量的快速整合，促成了Mini-LED/Micro-LED顯示器順利開發，「淺談Mini/micro LED近眼顯示器NED的量測」闡述了近眼顯示器(Near Eye Display; NED)時代的來臨，Mini/micro 的應用開拓了AR智慧產品的新視野，加上近眼顯示器(Near Eye Display; NED)的量測標準的發布，隨即有眾多量測設備商陸續推出Mini/Micro-LED近眼顯示器檢測產品，也帶動國內相關量測技術的發展，目前國內已建置產品安規驗證及光學特性測試能量，無論是Mini/micro LED或半導體朝新興化合物半導體領域延伸發展，都更將突顯出檢測與計量於產業創新所扮演之關鍵角色。

篇名：半導體原物料之超微量分析技術簡介

摘要

隨著半導體製程不斷縮小，半導體元件對於製程中所使用的原物料(如︰溶劑、氣體、光阻、研磨劑等)品質要求變得非常嚴苛，如何進行製程原物料中不純物之超微量分析是十分重要的課題，本篇將介紹工業技術研究院量測技術發展中心奈米與半導體產業計量研究室於半導體溶劑不純物超微量檢測的相關能量及技術，並提供實際的應用案例，以提供製程中線上檢測方法之參考。

篇名：半導體原物料不純物計量標準:鉛溶液驗證參考物質

摘要

半導體業對原物料高規格的純度要求，需仰賴精密的分析儀器與準確的計量標準才得以實現，而驗證參考物質被視為計量追溯的原級標準。為完善本土計量追溯鏈，促進國內半導體業發展，國家度量衡標準實驗室開發重金屬驗證參考物質的供應系統，作為微量無機金屬分析儀器的國內計量追溯最高標準。現行公告的「靜態重力法無機元素供應驗證系統」所供應之鉛溶液驗證參考物質，乃是用秤重法以質量為基準，將高純度鉛塊(> 99.99 %)於硝酸中溶解，再稀釋成1000 mg/kg的鉛標準溶液，再以滴定法進行濃度驗證。過程以嚴謹的操作步驟降低不確定度，並以完整的品保品管措施維持最高水準的驗證參考物質品質。本篇針對國家度量衡標準實驗室所供應之鉛溶液驗證參考物質之配製、驗證、各項品質評估做完整說明。

篇名：單一顆粒感應耦合電漿質譜技術應用於奈米顆粒濃度之量測

摘要

單一顆粒感應耦合電漿質譜技術 (single particle inductively coupled plasma mass spectrometry; spICP-MS) 因其可同時提供奈米顆粒之尺寸 (size)、尺寸分佈 (size distribution)、顆粒數量濃度 (particle concentration) 及元素 (element) 組成，因此近年來廣泛應用於各種領域。隨著其在數據截取、訊號處理與質譜儀上的改良，使得單一顆粒感應耦合電漿質譜在奈米粒子分析上有重大進展。本篇文章即簡介單一顆粒感應耦合電漿質譜於近年來之發展並敘述藉由單一顆粒感應耦合電漿質譜量測奈米粒子顆粒濃度之方法。

篇名：被動式基材螢光薄膜厚度檢測技術

摘要

本研究是開發被動式基材螢光薄膜厚度檢測技術，量測於固體基底上之超薄膜厚度。待測超薄膜的厚度是藉由基底激發且從待測超薄膜溢漏並穿隧出的螢光強度量測。量測中採取低的偵測角度收取溢漏螢光，可有效的降低雜訊干擾，提升對於訊號的靈敏度。而從基底所產生的螢光強度夠高且穩定，因此可提供足夠強的螢光訊號以使得量測快速且精確地進行。由於偵測角度小，雜訊比低，且量測效率高，因此此技術可應用於半導體線上量測，達到快速且有效率的產線需求。

篇名：碳化矽快速應力檢測技術

摘要

化合物半導體碳化矽長晶製程複雜且成本很高，長晶全程到完成，碳化矽晶體還必須經過切割並研磨成晶圓，才能成為半導體或車用晶片所使用之產品。一般對於碳化矽晶圓規格以外觀尺寸、翹曲以及電性做為判別品質，但實際影響晶片良率的是晶圓內部晶格缺陷，因此改善製程降低晶格缺陷密度及高速且有效率檢測晶格缺陷可有助於降低碳化矽晶圓的生產成本。本文開發全域式及顯微式兩種偏光應力量測模組，全域晶圓應力量測模組採相位移圓偏光架構，可快速量測整片晶圓應力均勻性，顯微式偏光檢測模組採暗場平面偏光架構，利用晶格錯位產生的雙折射特性強化晶格錯位的光學影像特徵，可將晶格缺陷可視化，解決一般光學顯微鏡無法檢測晶格缺陷的問題。

篇名：毫米波屏蔽材料開發與寬頻兆赫波量測技術評估

摘要

毫米波通訊元件間距逐漸微縮化，使高頻電磁干擾嚴重。一般使用網路分析儀搭配共振腔的量測法進行材料特性分析，越往高頻量測須更高尺寸精度的夾制具、昂貴的升頻器與天線。本文說明製備高頻屏蔽吸收材的方法，以寬頻兆赫茲時域頻譜分析技術量測其屏蔽率，與低損耗材料的介電特性。藉由與英國國家物理實驗室量測的結果比較，確認高頻屏蔽材料與量測系統的特性。

篇名：淺談Mini/Micro LED近眼顯示器NED的量測

摘要

2021年國際資訊顯示學會((Society for Information Display; SID))的顯示計量國際委員會(ICDM)發布了資訊顯示器量測標準(IDMS) v1.1a版，與前一個版本v1.03b有個重大更新，那就是新增了近眼顯示器(near eye display, NED)的量測，2022年的SID顯示週在量測儀器參展商中，近眼顯示器量測設備商占了舉足輕重的角色，2021年及2022年的顯示器展Touch Taiwan展覽主軸集中於Mini/Micro-LED顯示器，這些趨勢是否就預告近眼顯示器時代的來臨，本文將提供一些可能的解答。