看的更細(xì)、更深、更清楚 先進封裝關(guān)鍵尺寸 AI-powered 光學(xué)量測系統(tǒng)

臺大機械系教授陳亮嘉帶領(lǐng)跨域、跨國研發(fā)團隊，成功運用創(chuàng)新自動化光學(xué)技術(shù)、高精密量測平臺、光機設(shè)備核心技術(shù)、人工智慧AI演算法等，建立半導(dǎo)體自動光學(xué)檢測技術(shù)聯(lián)盟團隊，專精於先進自動化光學(xué)檢測產(chǎn)業(yè)及其它精密工業(yè)的線上自動光學(xué)檢測設(shè)備研發(fā)，同時整合產(chǎn)、學(xué)、研發(fā)展創(chuàng)新的「半導(dǎo)體封裝製程線上智能化自動光學(xué)檢測關(guān)鍵檢測系統(tǒng)」。此系統(tǒng)以創(chuàng)新光學(xué)量測原理為基礎(chǔ)，運用深紫外寬頻光源作為光學(xué)偵測，藉機器學(xué)習(xí)演算進行反向優(yōu)化最佳化，針對多項關(guān)鍵尺寸量測突破技術(shù)瓶頸，其開口尺寸可達到次微米、深寬比達15倍的境界，超越世界半導(dǎo)體先進封裝界所需的技術(shù)指標(biāo)。

技術(shù)缺口形成全球競爭關(guān)鍵突破所在

隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶動積體電路持續(xù)往更小的尺寸發(fā)展，各項技術(shù)不斷地推陳出新。在 IC 封裝的立體化趨勢中，特別具有挑戰(zhàn)性的量測對象是 3D 封裝與 3D ICs 的核心要角-矽穿孔 (through silicon via, TSV)。矽穿孔為先進封裝中的關(guān)鍵技術(shù)，被用於實現(xiàn)晶片間的垂直整合。其製程初期的蝕刻階段會在矽基板上形成數(shù)量極多且高深寬比的盲孔，而盲孔的深度、直徑、側(cè)壁粗糙度、甚至孔底形貌等，都會直接影響成品的導(dǎo)電特性以及製程良率優(yōu)劣，這些關(guān)鍵尺寸都是TSV 製程中在線上進行快速量測的重要特徵。而這些直徑僅達微米甚至次微米等級，其深寬比又普遍大於 10 倍的細(xì)長孔，目前一線的量測技術(shù)均已難以獲得令人滿意的量測能力與效率。根據(jù)SEMI未來5年的技術(shù)需求預(yù)測，次微米孔的深寬比會繼續(xù)增加到 15 倍，甚至更高，其進階的線上量測技術(shù)已成為全球一線半導(dǎo)體業(yè)者迫切需要的關(guān)鍵技術(shù)突破項目，更是臺灣發(fā)展關(guān)鍵自主量測技術(shù)與設(shè)備的重要時刻。

突破量測技術(shù)瓶頸的嶄新光學(xué)技術(shù)發(fā)展

目前業(yè)界多採用掃描式電子顯微鏡對矽穿孔的橫切面進行關(guān)鍵尺寸量測，其對樣品具破壞性且相當(dāng)耗時。為克服目前對於矽穿孔製程控制的挑戰(zhàn)，研究團隊提出嶄新的AI-powered光學(xué)量測技術(shù)，開發(fā)出可深入高深比盲孔的創(chuàng)新光機架構(gòu)，以物理光學(xué)模擬為基礎(chǔ)及AI深度學(xué)習(xí)優(yōu)化等技術(shù)的整合，突破習(xí)用光學(xué)技術(shù)受結(jié)構(gòu)深寬比的限制，可高速偵測出高深比盲孔的多項精密關(guān)鍵尺寸資訊。

AI-powered光學(xué)量測技術(shù)以光譜反射法及散射量測法為基礎(chǔ)，其技術(shù)優(yōu)勢在於運用雷射寬頻光源作為光學(xué)偵測方式，以所開創(chuàng)的演算方式進行AI深度學(xué)習(xí)反向優(yōu)化最佳化工程，深具發(fā)展創(chuàng)新性光學(xué)演算法優(yōu)勢， 在最小可量測孔徑與最大可量測深寬比已有技術(shù)突破，具體發(fā)展出數(shù)套創(chuàng)新性光學(xué)關(guān)鍵尺寸量測(OCD)系統(tǒng)與技術(shù)，目前已可達到世界上領(lǐng)先的微米級矽穿孔關(guān)鍵尺寸的量測能力，並獲得實際結(jié)果驗證，系統(tǒng)可以即時量測多個關(guān)鍵尺寸資訊，其深度量測的訊噪比 (SNR) 與使用非同調(diào)光源的情況相比，實際驗證可提升約 28 倍，已達領(lǐng)先世界的技術(shù)水準(zhǔn)。研究成果已申請臺灣發(fā)明專利及美國專利，同時在設(shè)備合作開發(fā)方面，已獲得多家國內(nèi)自動光學(xué)檢測設(shè)備廠商多年期產(chǎn)學(xué)合作計畫以及技術(shù)轉(zhuǎn)移。

技轉(zhuǎn)接棒產(chǎn)品化、業(yè)界實例驗證，進行產(chǎn)品與技術(shù)落地最後一哩路

研究團隊整合臺大、陽明交大、臺科大以及北科大，國研院臺灣儀器科技研究中心，以及國際一線半導(dǎo)體製造商、致茂電子、矽品精密、均豪精密、揚明光學(xué)等廠商，發(fā)展多項具突破性量測技術(shù)與系統(tǒng)。目前陸續(xù)獲國內(nèi)一線的半導(dǎo)體業(yè)者實例驗證測試機會，在設(shè)備合作開發(fā)方面已獲數(shù)家設(shè)備商多年期產(chǎn)學(xué)合作以及先期技術(shù)轉(zhuǎn)移，所開發(fā)深紫外量測模組將與超精密晶圓量測平臺進行整合，以進場域測試。此關(guān)鍵技術(shù)的突破將可為我國高科技產(chǎn)業(yè)帶來雄厚的競爭力，使臺灣半導(dǎo)體科技產(chǎn)業(yè)在國際上的優(yōu)勢地位將愈形鞏固。