如果極紫外光（Extreme ultraviolet；EUV）微影曝光技術是半導體先進製程的屠龍寶刀，那麼用來計量輻射與精確曝光時間的EUV計量標準，則堪稱屠龍刀內的兵法秘笈。工研院以多年累積的光輻射計量經驗，研發EUV計量標準，確保輻射計量之正確性，有效提升半導體先進製程的精度，壯大臺灣半導體產業生態系。
半導體技術飛速進步，從7奈米邁向更先進的技術節點，甚至埃米技術也指日可待，其中EUV微影技術已成為半導體製程的核心。過去，半導體製程仰賴深紫外光（Deep Ultraviolet；DUV）技術。隨著製程進步，DUV技術逐漸出現侷限，EUV光源能提供更短的波長，使半導體蝕刻製程中的線寬更精細，以滿足更高階的製程。
然而，技術進步的同時也帶來新的挑戰，如何精確掌握EUV輻射計量與曝光時間，是良率的關鍵。「就像拍照時需要準確的曝光時間來獲得清晰的照片一樣，在EUV微影製程中，如果曝光計量不足，線寬會變得不穩定，因此EUV技術的核心之一便是精準掌握計量標準，這正是我們研發的初衷。」工研院量測技術發展中心經理陳政憲說。
終結試誤 成功建立EUV量測系統
在EUV技術成熟前，半導體先進製程得靠多次曝光的方式來完成較小的線寬，不僅費時且成本高、風險大；產業急需可降低成本，又能滿足製程需求的EUV技術，但在初期應用時，全球都缺乏一套EUV技術的計量標準，廠商只能透過試誤，反覆調整參數和測試，找出合適的曝光計量和時間。為此，工研院自2018年著手進行EUV技術中的輻射計量研究。
萬事起頭難，關於EUV計量依據，無論是學界還是業界皆寥寥可數、沒有前例可循；更挑戰的是，能夠進行EUV輻射計量測試的國家集中在德國、美國、日本等少數國家，團隊只能從零開始。
「最大挑戰是EUV光源的取得，由於EUV微影設備的造價極其昂貴，一套設備的成本高達數億歐元，團隊無法自行購置設備，只能仰賴同步輻射技術、模擬EUV光源後再用演算法校正，」陳政憲指出。
研發過程中，團隊與同步輻射研究中心合作，利用其提供的光源進行測試，克服能量較低和發光模式不一致等技術難題，再開發專屬演算法，成功彌補了實驗光源與量產光源之間的差異，將實驗數據轉化為適合產線應用的計量標準。此外，EUV光源只能在真空或特殊氣體環境下進行傳輸，傳統的光學設備無法直接應用，需設計特別的實驗環境，因此，團隊也開發了專屬的測量設備，終於成功建立一套模擬實際量產情況的計量測試系統。
計量技術設備自主 護國群山更穩固
工研院也協助廠商，將此技術導入In Process量測，也就是在EUV微影製程中，直接線上量測EUV輻射照度及輻射劑量，更快更即時；此外，針對新設備導入需經一段時間的磨合與微調陣痛期，「我們也開發了相應的量測儀器，廠商不必破壞原來的EUV微影製程設備，也無須外加其他組件，就能以原來的製程進行量測，大大提升了生產效率，」陳政憲表示，該量測儀器經實驗室校準，累積了豐富經驗，確保在各種生產條件下都能穩定運行，提供精確可靠的數據。
陳政憲認為，目前半導體技術節點正從5奈米、3奈米推進至1奈米，且持續採用EUV微影製程及高數值孔徑極紫外光（High-NA EUV）機台製造，未來相關產業鏈如製程、檢測設備、關鍵零組件，以及半導體材料開發，都與EUV微影設備的應用息息相關，因此EUV計量標準的建立，對推動先進微影製程有極大助益。
「除了建立計量標準外，工研院也專注研發以EUV技術為基礎的檢測設備，能夠提供有別於DUV或掃描式電子顯微鏡（SEM）的全新分析方式，帶領臺灣半導體檢測設備廠商進入先進微影製程，協助廠商在先進製程的檢測設備領域有所突破。」
臺灣半導體製造全球領先，然而製程與檢測設備仍高度依賴國際大廠，如今工研院建立EUV計量標準並研發設備，不僅增加對EUV製程與量測技術的掌握度，也具備出口至他國的實力。隨著全球對EUV技術需求日益增長，EUV計量技術自主，將有助於壯大臺灣半導體檢測設備生態系，讓護國群山更加穩固。
（本文由工業技術與資訊授權轉載）
