嗯…聊個好像很硬的東西
最近在看一些資料…你知道的，半導體。總覺得這東西離生活很遠，但其實又超近。你手上那支手機、電腦，裡面都是靠它。然後我就看到一個詞，「雷射光對位」。 🤔
聽起來就很…科幻？但它基本上就是半導體製程裡面，一個超級重要的步驟。簡單講，晶片製作不是一層就搞定，它像蓋大樓一樣，要一層一層往上疊。可能要疊個幾十層甚至上百層。 那問題來了，你怎麼確保每一層都蓋得剛剛好，沒有歪掉？差一點點，整個晶片就廢了。
雷射對位，差不多就是做這件事的超級強迫症工頭。它要確保每一層電路的光罩，都能精準地對上前一層的位置。那個精準度…是奈米等級的。 奈米是多小？大概是你頭髮直徑的幾萬分之一吧。真的有點難想像。 🤯
所以…它是怎麼運作的？
這個原理…嗯，說真的有點複雜。我試著用個比喻講講看。想像一下，你在一個全黑的房間裡，要在一張大紙上蓋很多個印章，而且每個印章都要疊在跟前一個印章完全一樣的位置。
你可能會怎麼做？也許在紙上做幾個記號吧？雷射對位也是類似的道理。晶圓（就是那片圓圓的、做晶片的材料）上面，會預先刻好一些特殊的「對位標記」（alignment marks）。 這些標記就像是我們做好的記號。
然後，那個超貴的設備（像是ASML的微影曝光機），就會發射雷射光去掃描這些標記。 雷射光打到標記再反射回來，機器就能透過分析這些反射光，精準計算出晶圓現在的位置、甚至是有沒有一點點傾斜。 這個過程有點像雷射干涉，利用光的物理特性去達到超高精度的測量。 一旦知道精確位置，機器裡面的那個晶圓載台（Wafer Stage），一個靠磁力懸浮、動得又快又穩的平台，就會進行微調，把晶圓送到百分之百正確的位置上，準備進行下一層的曝光。
整個過程都是在真空環境下，用磁浮平台移動，還要考慮到空氣折射率的微小變化…真的是各種細節。 ASML的系統甚至有兩個載台，一個在做測量對位，另一個同時在做曝光，一點時間都不浪費。 真的很瘋狂。
在半導體製程裡，它到底有多重要？
超重要。可以說是決定良率的關鍵之一。良率就是…你做了一百個晶片，有多少個是好的、可以用的。對位沒對好，這個專業術語叫「疊對（overlay）」誤差太大，那晶片裡面的電晶體跟電路就接不起來，電流過不去，基本上就是個廢品。
現在的製程已經到3奈米、2奈米了，電晶體小到不行，每一層電路之間的空隙也超級窄。ASML最新的機器，疊對的精準度要求在2奈米以下。 這是什麼概念…就是你蓋101大樓，從第一層到最頂樓，誤差不能超過一根頭髮的寬度。不，可能比那個還要誇張。
只要有一點點偏差，比如幾奈米，可能就會導致短路或斷路。 整個晶片的效能、功耗、壽命都會大受影響。所以說，這些高階設備商，像ASML、Nikon、Canon，他們的核心技術之一，就是在比誰的對位系統更準、更穩。
舊方法跟新方法的差別在哪？
當然不是一開始就用雷射這麼高級的東西。我查了一下，以前有很多方法，從最基本的機械對位，到後來用一般光學顯微鏡（可見光或紅外光）去對。 但你想想，當你要對的東西比光的波長還小的時候，傳統光學方法就到極限了。
我整理了一個簡單的比較，這樣比較好懂：
| 對位方式 | 精度 | 優點 | 缺點 / 限制 |
|---|---|---|---|
| 機械式對位 | 大概…幾十個微米 (µm) | 結構簡單、便宜。嗯…大概就這樣。 | 精度太差了，現在根本不能用。而且會直接接觸晶圓，容易有污染。 |
| 傳統光學對位 | 差不多是微米到次微米等級 | 不需接觸，比機械好多了。技術成熟。 | 會受到晶圓本身材質、顏色或之前製程留下的薄膜影響。 而且有光學繞射極限，沒辦法做到奈米級。 |
| 雷射對位 (現代) | 奈米，甚至次奈米 | 精度超高、速度快。可以穿透某些材料，分析更複雜的對位標記。 | 就是…貴。非常貴。整套系統超級複雜，對環境穩定度要求也高到變態。 |
在地觀點：台灣的雷射技術發展
說到這個，大家可能以為這些尖端設備都是國外大廠的天下，像是荷蘭的ASML。 沒錯，在最頂尖的EUV微影曝光機這塊，他們確實是霸主。他們的對位系統，像是ORION感測器平台，就是為了DUV和EUV開發的。
不過，台灣其實也很努力在追趕。經濟日報之前有報導，像是豪晶科技，他們就開發了用在探針卡製造的五軸雷射加工機。 還有鈦昇科技，他們是少數能同時做前段和後段製程雷射設備的台灣廠商，甚至也投入飛秒雷射這種高精準度的技術。 另外，工研院也跟德國的創浦集團（TRUMPF）合作，在台灣成立了先進雷射應用服務中心，希望能把德國的雷射源技術跟台灣的設備製造整合起來，協助整個產業升級。 這點我覺得蠻重要的，表示台灣不只是停留在「使用」這些設備，也開始往「製造」和「整合」更核心的技術去走。雖然離最頂尖還有一段路，但方向是對的。👍
一些常見的誤解或迷思
最後來聊聊一些可能搞混的地方。
- 「雷射只是用來定位而已吧？」 不完全是。除了定位，雷射在半導體製程中還用在很多地方，比如晶圓切割、鑽孔、打標、修復電路等等。 對位只是其中一個對精度要求最高的應用。
- 「精度越高就一定越好？」 當然好，但成本也是天價。所以不是所有製程都需要用到最頂級的雷射對位。比較成熟的製程，或是非關鍵層，可能會用成本較低的DUV甚至更舊的技術。 這是一種成本和效益的平衡，不然所有晶片都天價，誰買得起。
- 「只要機器夠好，就沒問題了？」 環境影響超大。溫濕度、震動…任何一點點干擾都可能毀掉奈米級的精度。 所以那些先進晶圓廠才要蓋得跟堡壘一樣，24小時維持恆溫恆濕，還有超強的避震結構。機器本身只是其中一環。
總之，雷射對位技術…就是人類為了把幾十億個電晶體塞在指甲蓋大小的晶片上，所發展出來的一種極致工藝吧。每次想到這件事，就覺得有點不可思議。不知道大家看完，有沒有覺得…比較懂一點了？ 🤔
除了半導體，大家覺得這種超精準的對位技術還能用在哪？可以留言聊聊看。 👇
