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經濟部標檢局局長陳介山(中)邀請周道炫(左起)、鄒華中、盧守一、邱耀慶、廖峻德、黃添榮、陳伯達、張啟生等專家學者,共同參與「奈米薄膜檢測標準技術論壇」。曹松清/記錄、攝影

2010/12/17
【經濟日報】薄膜檢測標準 提升產業技術價值

奈米薄膜檢測標準技術論壇
時 間:99年12月16日上午
地 點:經濟部標準檢驗局第2會議室(臺北市濟南路1段4號7樓)                             
              
              
              

主辦單位:經濟部標準檢驗局
執行單位:工研院量測技術發展中心
主 持 人:經濟部標準檢驗局局長 陳介山
與談專家:成功大學材料系系主任 廖峻德
昇陽國際半導體公司經理 周道炫
友達光電公司經理 邱耀慶
俊尚科技公司總經理 黃添榮
工研院奈米中心經理 鄒華中
汎達科技公司總經理 陳伯達
台灣積體電路公司副理 盧守一
工研院量測中心副組長 張啟生


接軌國際奈米計量標準 帶動產業發展

陳介山:奈米科技融合化學、物理、機械、材料、電子、量測等科技,成為一項整體、跨領域的科技發展,是21世紀最重要的技術領域之一。

由 於是全方位的科技進展,對於應用於基礎產業上精進及發揮,或與尖端科技結合等,有絕佳機會獲致突破性的進展。為使奈米相關產品在生產、製造時,符合一定的 品質,及奈米產品在貿易時符合世界規範,奈米檢測及標準建立的重要性,也與日俱增。未來,奈米檢測對奈米科技發展將持續扮演著關鍵性角色,亦使得奈米檢測 產值潛力無窮。薄膜科技被公認是引領各項產業發展新契機最有機會的一項工具。

為配合國家科技政策與世界發展趨勢,特別是在「永續能源發 展」、「生醫薄膜應用」、「光電產業」等,透過應用薄膜科技於產業精進與突破,不但帶動台灣的產業發展,也帶給國內產業更大的契機和產值。例如,隨著全球 暖化問題日益嚴峻及傳統能源加速耗竭,世界主要國家莫不將「節能減碳」納為施政新思維,發展綠能產業,以營造永續的社會。因此,尋求更快、更低耗能及更微 小的元件,尋求新奈米材料、新製程技術,挑戰IC細微化的極限,一直是全球上IC發展的共同目標。

有鑒於世界各國在奈米技術的投入,及配合國家科技政策與世界發展趨勢,經濟部標準檢驗局,一直持續支持奈米技術標準化的工作。藉由奈米國家型計畫的推動,發展奈米檢測技術平台,建立具良好追溯性的奈米標準與計量技術,以確保我國各項奈米技術研發與規格為國際所認同。

建 立具良好追溯性的奈米薄膜標準與計量技術,一直都是標準檢驗局重要的發展目標之一。有鑒於世界各國在薄膜科技的投入,經濟部標檢局在奈米國家型計畫中,繼 第一期的奈米技術計量標準計畫後,繼續委任量測中心執行、進行第二期六年奈米技術計量標準計畫。將以奈米薄膜檢測科技發展為目標,發展重點為「薄膜結構參 數量測標準及參考物質量測技術建立」、「薄膜表面特徵量測標準技術建立」及「奈米薄膜機電/化學特性量測標準技術建立」。藉由計畫的推動,不但影響奈米薄 膜國際標準的製訂,也促進國內奈米技術產業化的發展。

生醫奈米薄膜 提升產品附加價值

廖峻德:隨著薄膜的應用及材料結構奈米化的迅速發展,具特殊性質的薄膜材料已達到產業需求,並進一步產生新的產業應用價值。

然而,要使新的薄膜材料發揮更穩定的物理化學或力學特性,使利於新製程的規劃,則檢測標準化結合奈米製造及分析技術,以量測奈米薄膜材料,對於產品品質的控制有相當大的幫助。

這一方面,「量測中心」已有「奈米標章」的推動且成效也逐年提升中。 另一方面,生醫材料加上奈米尺度結構的薄膜或奈米化結構的表面,近年來已大幅地被使用,預期可增加材料表面的生醫功能性。然而,生醫功能的定性效益較易被凸顯,但不易定量化地描述。

因此,建立生醫奈米薄膜檢測相關技術,可使生醫奈米薄膜的特性與其生醫功能性之間,形成相關性且有定量化的描述。將檢測標準化,就能重覆地製造具有生醫特性的奈米薄膜,有助於產品的製造與推展。目前歐盟架構的計畫中,也在推展此檢測的標準化,以使其境內的產品規格化。

生醫奈米薄膜可以增加生醫產品的附加價值,很多醫學報告也證實其生物相容性可促進生理復原過程。量測中心如能儘速建立生醫奈米薄膜檢測的能力,未來可被引用為量測各式生醫奈米薄膜的準則,對生醫應用領域標準化的開展,絕對可期。

建立薄膜檢測標準平台 提升製程力

周 道炫:半導體上成長金屬薄膜為半導體製程中重要之步驟之一,其中半導體/金屬接面之能隙或導電度均會影響元件特性;眾多半導體元件中,晶圓背面常需要一層 導電用金屬薄膜,作為元件之電極中之一,例如功率電晶體(Power MOSFET)、二極體(Diode)、蕭特基二極體(Schottky Diode) 、LED等皆是。

昇陽自2004開始耕耘此一製程以來,突破各項困難,獲致良好成果,目前可以提供國內外知名半導體設計公 司相關功率電晶體所需之製程服務, 其中原因包含:(1)極薄之晶圓製程厚度,目前可達100um以下,(2)極佳之金屬/半導體接面電阻,較傳統製程降低約10~30%,(3)可靠之金屬 附著力;但目前許多特性仍需客戶以封裝測試過程及結果提供數據,例如接面導電度(或電阻值),金屬薄膜接合強度,金屬/半導體接面雜質濃度,且上述特性標 準亦由客戶訂定,尚無標準。

昇陽國際半導體除藉由客戶的要求精益求精外,也期待藉由薄膜檢測標準技術論壇平台,與學術界及業界先進交流,尋求可行的檢測方式及制定合理標準,提升製程能力,達到國際級代工製程水準,提供產業更加的產品服務。

訂立技術量測標準 厚植產業競爭力

邱耀慶:隨著奈米材料不斷地研發及改良,業界將相關材料或技術廣泛地運用於產品或製程中,因此奈米相關量測技術的發展及標準建立的重要性亦日趨增加。

「薄 膜技術」在TFT-LCD製造過程中於TFT與CF(Color Filter)製程段扮演著重要的角色,適當的薄膜厚度能使產品的光學特性獲得更好的表現。而如何透過良好的量測技術和將精密的量測結果運用於製程改善 上,有效的達到降低成本提高利潤的目的,這一切就必須建立於量測標準的基礎上。

近年來政府為扶植產業升級,於國家標準實驗室中建立膜厚的量測標準,並透過與業界不斷地合作發展出新技術,不僅協助業界在產品生產研發上提高水平,更透過與國際量測標準的同步接軌,將高品質的產品外銷到國際,進而達到提升產業競爭力的目的。

量 測技術發展及標準的建立對產業發展有卓越貢獻,而量測技術等相關知識的推廣與建立,適當且即時地諮詢管道對業界來說則是另一個重要的課題。藉由政府相關單 位的協助適時提供業界相關技術的諮詢,除可幫助業者解決問題外,更可提升國內儀器、設備商的技術能力,並藉由技術的累積來打破現階段產業中,日、韓壟斷關 鍵製程技術或重要量測設備製造技術的局面,進而厚植產業的競爭力。

合力推動薄膜廠技術升級

黃添榮:奈米世代對於薄膜技術代表的是必須發展更高精細(Fine)、高精確 (Accuracy)與高精密(Precision)的製程來符合產業產品的功能需求性。奈米薄膜不僅需建置在沈積技術上,更需有相對應的檢測技術加以輔助才得以完整。

以 近年來在半導體、光電、綠能與生醫產業皆備受矚目的新興奈米薄膜的原子層沈積技術(ALD)為例,透過氣體前驅物在基材表面藉由自我限制(Self- limiting)的反應,以單原子層方式覆蓋生長厚度尺度僅為數奈米(nm)的低維高功能性薄膜,適用於應用在各種奈米2D/3D空間結構物的鍍膜製 程。

目前國內產業界尚未完整的建立其相關產品的檢測驗證標準,雖然眾多的傳統薄膜檢測設備與技術尚能初步被繼續沿用。但事實上,高精準的 低維奈米級(小於10 nm)薄膜檢測分析儀器在國內業界資源卻極為缺乏,自行建置奈米級檢測儀器成本卻又過於昂貴。國內產業界在導入此類新興奈米薄膜製程技術的時程規劃,往往 因此低於亞洲主要競爭對手國,進而錯失長久以來在世界市場上辛苦建立的競爭優勢。

因此,如何積極結合國內產官學研共同合作提出:相關標準檢測規範、檢測資源建立與分享,甚至於由國家主導建立「通用型奈米標準分析模塊」產業技術基準等,皆是目前台灣奈米薄膜技術產業升級必須正視且克服的問題。

建構核心共用實驗室 解決技術瓶頸

鄒華中:奈米技術研發與產品開發階段,非常依賴一流的儀器、設施及專業能力,檢測分析設備猶如觀察奈米介觀世界窗口,藉由「看得見,摸得到」的檢測能力,推送新科技邁向無限可能的創意世界。

奈 米材料(包含薄膜結構)最直接的檢測需求來自於尺寸,有多種儀器分析法可適用於奈米材料/元件之量測,如穿透式電子顯微鏡(TEM) 、掃描式電子顯微鏡(SEM) 、掃描式探針顯微鏡(SPM)、小角度X光散射儀(SAXS)及動態光雷射散射儀(DLS)。在薄膜量測上,掠角X光反射儀(GIXRR)、X光薄膜繞射 儀(TF-XRD)、橢圓偏光儀(ellipsometer)等為常用的利器。

事實上,檢測技術在進入「奈米」原子/分子尺寸世界後,如 何在微區微量的樣品條件下取得定性與定量的精準結果,一直是技術挑戰的課題,而認證實驗室及實驗室試驗能力比對可以為支持清晰且正確景象觀測的堅實屋樑。 建構核心共用實驗室,做為技術發展的應用支援基地是全世界的發展趨勢。整個產業可因為公信高精準的檢測研析,解決技術瓶頸和產品開發爭議,並更積極的成為 產品創意快速驗證的測試平台,促進產業的應用與發展。

善用設備 提升薄膜檢測能力

陳伯達:隨著各種成模技術的進步,薄膜鍍層的厚度愈來愈薄,且所要求的薄膜特性愈來愈高,伴之而來的是各式各樣的薄膜檢測設備,亦各有其專門的技術及應用。

以 奈米壓痕實驗儀 (Nano Indenter) 為例,可提供微小荷重且產生奈米尺寸的壓痕深度,精確的量測材料硬度及彈性係數等,適用於研究薄膜材料在微奈米尺度小的材料特性。亦可藉由施予材料的連續 負載來對應壓痕深度,透過電腦記錄對應的壓痕負載與壓痕深度關係計算出材料不同深度的機械性質,因此可量測到基材表面的沉積薄膜特性。

傳統的四點探針(電性測試),無法在SEM/TEM/FIB中進行,現提供奈米操控儀 (Nano-Manipulator),它能夠進行奈米級的精準移動和在微米範圍內的快速移動,可作為電子顯微鏡的有利配件。

奈米操控儀的驅動單元是由壓電陶瓷構成的馬達(奈米馬達),它能夠在超高真空和超低溫條件下工作,力臂短,體積小,不佔空間,無需抗振。4個奈米操控儀即構成一個完整系統,在與SEM/TEM/FIB結合後,可在真空腔體內,即時進行電性量測與失效分析。

建立先進材料薄膜厚度量測標準

盧守一:半導體技術進入奈米等級量測需求,面臨許多的挑戰。28奈米線寬量測精度需求已經超出目前量測儀器能力。而薄膜量測需求,可分為厚度及組成特性兩項,都分別面臨很大的挑戰。

在薄膜厚度方面:薄膜厚度量測範圍已進入次奈米的需求,薄膜厚度量測的準確度受到材料介面的不確定度影響大幅上升,若以穿透式電子顯微鏡分析,材料介面難以區別,造成薄膜厚度難以定量。必須另外建立更可靠的薄膜厚度標準。

在薄膜組成特性方面:先進半導體薄膜量測已非只專注二氧化矽厚度,新材料如高介電係數(HK)或低介電係數(LK)的氧化層及金屬閘極的標準厚度及組成特性的量測標準,是目前業界急需投入的課題。而薄膜特性也必須考慮物理特性及電性特性。

過去工研院量測中心在薄膜厚度方面,以光學橢圓偏光儀成功建立二氧化矽厚度的量測標準。因應先進半導體材料發展,業界需要可量測複合材料厚度及組成特性的儀器如X-ray based 的標準建立。

目前與工研院量測中心正在合作相關的課題。也希望經濟部能大力支持工研院量測中心在先進材料薄膜厚度量測標準的建立,這對於先進半導體產業是不可或缺的。

量測中心奈米薄膜標準 領先國際

張 啟生:清淨能源、永續環境及生物醫學,是人類所必須面對的重大議題,而薄膜技術在這些領域的發展,扮演了舉足輕重的角色,例如高效率太陽光電、二氧化碳減 量及儲存、生物替代材料及新劑型醫藥等,均藉著薄膜技術而大幅度提升了產業價值。此刻台灣的產業正面臨許多挑戰,相信薄膜技術的發展可以帶領台灣的科技產 業邁入一個新的境界。

工研院量測中心接受經濟部標準檢驗局委託,自2003年起開始進行國家度量衡標準實驗室的奈米技術計量標準系統的建 置及相關研發工作,至2008年第一期計畫完成時,共建置了涵蓋奈米尺寸、力學與微流等三個領域的八套國家奈米量測標準系統,並開放服務產業界、研究單位 及學術界。

為使2009年起的第二期六年計畫能更貼近產學研各界的需求,於2007年針對IC半導體產業及傳統產業進行訪視,親訪對象涵 蓋能源、晶圓代工、半導體設備、DRAM及先進材料等公司。所以國家度量衡標準實驗室在第二期計畫對於奈米薄膜的規劃,執行重點以三個方向為主,分別是: 薄膜表面結構關鍵尺寸檢測、薄膜機電性質檢測標準,及薄膜化學性質檢測標準,期許能對國家經濟發展有所助益,並能特別兼顧能源、環保、生醫等重大議題。

檢 測奈米等級的薄膜,不僅在技術上有其難度,更在科學或計量定義上尚有許多國際調和工作亟需進行。國家度量衡標準實驗室將藉由向國內產學研各界持續請益以提 升本身技術能力,更在國際計量技術及相關標準化平台上與國外先進機構保持合作,共同促進薄膜技術的產業化,同時為國內產業營造更大的全球競爭力。
 


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