很多製程都需要研磨,圖一顯示晶圓也需要研磨。
圖一
研磨當然總需要一個研磨液,不同的製程需要不同的研磨液。研磨液中總有粒子,我們當然希望知道這些粒子的大小,因為粒子的大小和積體電路的良率是有關的。但是這些粒子都非常小,直徑大約是30奈米~110奈米(1奈米等於十億分之一米),顯微鏡是看不到的。要測量這種奈米級的粒子,我們的第一步是將溶液霧化,溶液霧化以後就使得液體變成軟性的物體,而粒子變成硬性的物體,因此粒子就和水分有很大的區別了。
然後我們要使粒子帶負電,將它通過一個電場,如圖二。
圖二
粒子從左邊進入,因為粒子有負電就會往正電的一方移動。小粒子就會早碰到上面的牆壁,大粒子會在比較遠的地方碰到,因此我們就可以測量出粒子中間大小的分布。如果大批的粒子在左邊出現,我們就知道粒子是很小的。我們當然有方法可以因此而知道粒子究竟是多大。
但是這種做法並不容易。首先我們要做的是將粒子分布得很均勻,我們可以先將液體加以稀釋,然後用攪拌機去攪拌。但是我們這種儀器不能用攪拌機,因為攪拌機有可能會有鐵屑掉進溶液中。我們的工程師是利用一種路障的方法,如圖三。
圖三
一旦有了路障,溶液的流動就會改變方向,這使得溶液會互相混合起來。
還有一個問題,請看圖四。
圖四
假如我們的溶液在霧化時不能散開的話,這對我們是不好的,水滴會變得過大。我們一定要希望溶液在管壁中散開,如圖五。
圖五
為什麼溶液會散開?其實是因為我們選擇的管壁是親水性的,一旦親水,水就會很喜歡這個管壁,願意和它親熱,因此溶液就散開了。
現有產業使用的研磨液量測儀器,只能量測到150奈米,我們台灣工程師現在所製造的儀器可以量到5奈米。我們可以說我們的儀器是精密的,很值得我們驕傲。
研磨液有很多種,在過去我們只能測量50%的研磨液,現在我們可以測量到80%的研磨液。也就是因為我們有這種技術,我們的半導體工業界可以知道研磨液和良率之間的關係。
我們當然應該讚美我們的工程師,他們花了四年的工夫才做出這種結果。各位讀者可以看出,要做精密的測量儀器,必須對物理、化學、材料科學以及機械設計都有深刻的了解,也要有耐心,因為要做出這種儀器必須克服很多困難。我們國家一定要像精密工業邁進,我們不能沒有精密的儀器。我們國人應該對自己的國家有信心,因為我們已經開始往精密儀器的大道前進。
值得我們注意的是,我們的研磨液好像大多數是進口的,我們還是應該在這方面繼續努力。