先進製程的電晶體線寬越來越細，且電晶體結構迅速從 2D 轉向 3D，使得半導體製造商要對電晶體結構、尺寸、薄膜厚度等關鍵參數進行量測，變得越來越困難。然而，這些關鍵參數的量測，對於實現製程控制，確保生產良率而言，是至為關鍵的一步，因此，半導體設備業界紛紛推出各種針對高深寬比結構、奈米級薄膜厚度等量測需求所發展出的新技術。
先進製程挑戰多 製程控制為良率更添進程
VLSI Research 總裁 Risto Puhakka 表示，在半導體製程設備中，除了微影（Lithography）、沉積（Deposition）與蝕刻（Etch）設備外，製程控制(Process Control)設備一直是銷售金額排名第四高的設備類型，且在可預見的未來，製程控制設備的需求還會不斷成長。因為對半導體製造業者而言，隨著製程越來越先進，在製程控制上進行投資的報酬率，也變得越來越高。
新材料帶來新挑戰 製程控制必須更即時
Air Liquide集團資深總監 Berry Tseng 則認為，隨著製程越來越先進，製程控制所面臨的挑戰也在不斷改變。以氣體為例，先進製程採用許多新材料，例如在執行原子層沉積（ALD）或化學氣相沉積（CVD）時，都採用新的前驅物，但傳統檢測方法不見得能判斷這些使用新材料的製程步驟，產出的結果是否合格。
而為了回應先進製程的種種挑戰，確保產出一致性跟製程穩定，製程控制的反應速度必須比以往更即時，才能及早針對基線飄移（Baseline Drift）作出應對。
電晶體線寬更細微 光譜干涉提高OCD量測精度
製程線寬微縮，除了在材料方面帶來新的挑戰外，如何更精準地量測越來越細小，並且朝3D方向發展的電晶體，也是一大問題。
Nova Measuring Instruments 演算法部門主管 Dror Shafir 指出，過去數十年來，業界都是利用光學關鍵尺寸（OCD）法來量測電晶體尺寸，且隨著製程線寬越來越細，OCD 技術也不斷與時俱進，在量測敏感度、精準度方面屢有突破。但由於現在的電晶體結構已朝 3D 發展，OCD必須對更複雜的晶圓表面結構進行量測，並得到準確的結果。
面對高深寬比挑戰 質量檢測更直觀
Lam Research 技術總監 Jiangtao Hu 表示，每一個半導體製程步驟都會在空白晶圓上添加或減少材料，因此，在晶圓加工前、加工中與加工後，對晶圓質量持續進行量測，就可從細微的質量變化中，推斷出該製程的產出結果到底是好是壞。當然，這並不是一件容易的事，因為我們是藉由秤重來得知物體的質量，但重力本身是會變化的，晶圓所處環境的溫度、氣壓也會引起大氣浮力的變化，對重力造成程度不一的抵銷效果。因此，要將質量檢測法應用在半導體製程控制上，必須設法排除這些極其細微，卻會對量測結果造成干擾的變數。
良率要求更加嚴苛 次表面X光檢測勢在必行
SVXR 台灣區總裁趙樹勇認為，從過去幾個比較重大的產品召回案例來看，與錫球有關的瑕疵，可說是最大的隱形殺手。有些錫球處在不易檢測的位置，加上有些缺陷一開始十分細微，直到電子產品使用一段時間後才會擴大，變得容易檢測，因此業界需要導入新的檢測方法。次表面（Sub-surface）檢測就是其中之一。
針對錫球，目前封裝業界已普遍導入100% AOI 檢測，但這種檢測有一個盲區，就是在遇到覆晶封裝（FC）時，因為錫球位在另一面，很難用光學方法檢測。而隨著 I/O 數量跟密度增加，越來越多晶片改用覆晶封裝，錫球出現瑕疵的可能性也隨之上升。基於 X 光的次表面檢測，則可清楚地看到晶片底下的錫球狀況，讓這些瑕疵無所遁形。
VCSEL應用爆發 缺陷/安全測試挑戰有解
致茂電子翁義龍處長表示，VCSEL 檢測除了標準的缺陷檢測外，還有其他VCSEL專有的測試需求。這些測試需求可粗分為光/電流/電壓+波長（LIV+λ）檢測與近場、遠場測試三大類，但晶圓級與模組級測試的項目不盡相同。此外，由於 VCSEL 所發射的雷射光源很可能會直接照射人眼，因此在法規上，還須通過 IEC 60825 Class 1 測試，以避免雷射光源對人眼造成傷害。
在今年的半導體先進檢測與計量國際論壇中，主辦單位特地在最後安排一場小組討論會，除了在論壇中發表演講的講者外，還邀請了工研院產業科技國際策略發展所顧問暨業務發展總監楊瑞臨、工研院量測技術發展中心副執行長陳炤彰參與討論，針對半導體先進檢測、量測相關問題，提供來自研究單位不同角度的觀點。