原子層沉積技術（Atomic layer deposition， ALD）近年在集成電路制程設備產業中受到相當大的矚目，對比于其他在線鍍膜系統，原子層沉積技術具有更優越的特點，如絕佳的鍍膜批覆性以及精準的鍍膜厚度控制。隨著邏輯制程演進，原本二維的晶體管架構已經被三維的鰭魚式晶體管（FinFET）取代，關鍵尺寸（Critical dimension， CD）也由深次微米進入到目前只有單一數字的納米大小，對于鍍膜的批覆性與厚度控制都有最嚴苛的要求，這讓原子層沉積技術成為先進鰭魚式晶體管與將來環繞式柵極（Gate-all-around， GAA，或其他類似結構）晶體管制程最重要的鍍膜技術。

原子層沉積技術除了上述在集成電路制程上的應用外，還有一個尚未沒被報導過的應用： 可以將原子層沉積技術應用在材料分析上，例如穿透式電子顯微鏡（Transmission electron microscope， TEM），用來制備一層在欲分析試片上的保護層。我們都知道，目前制備TEM試片（lamella）最常用的工具是聚焦離子束（Focused ion beam， FIB），FIB制備過程中，為了保護欲分析位置，一般的作法是在試片表面制備一層保護層，保護層常用的材料為碳系的膠類或是金屬，其保護層厚度大約介于數十納米到500納米之間，主要可以利用旋轉涂覆或是真空鍍膜系統制備。既然是用來保護欲分析的試片，所以在制備保護層過程中是不能改變試片結構，造成事后材料分析上的困擾，依據不同的制備機制（尤其是真空鍍膜），有兩項主要會影響欲分析試片結構的因素需要被嚴肅看待，分別是溫度與離子轟擊效應。對于較舊制程的試片（大于28納米），試片結構與材料都相當穩定與堅固，根據我們多年的經驗，一般制備條件都不會改變或損傷欲分析試片的結構。

當分析的結構為先進制程的試片時（16納米以下），情況則變得相當復雜，不但關鍵尺寸持續的微縮外，制程過程中也引進了不少新材料， 例如，已經開始應用在7納米與未來環繞式柵極制程的深紫外光光阻（Extreme ultraviolet photoresist， EUV-PR）。根據國際期刊報導，深紫外光光阻相當脆弱，而且對于溫度與離子轟擊相當地敏感，如果使用運用在舊制程試片上的傳統方式制備保護層，欲分析試片的結構很有可能因溫度或離子轟擊而損傷或變形，造成分析上的困難。另外，利用傳統制備方式對于較小關鍵尺寸的結構，如貫孔（via）或溝（trench），保護層的批覆性也會是個難題，小尺寸結構開口處容易造成保護層材料堆積而縮口，產生孔洞或氣泡，這些人為的結構都有可能會在FIB制備時產生不必要的刀痕，甚至在判讀TEM影像上造成困難。

圖 1. 兩種光阻結構分別利用兩種制備保護層方式的TEM照片。a與b為一組，c與d為另一組，其中a與c是使用傳統鍍膜方式制備保護層，b與d則是使用低溫真空原子層沉積技術制備。綠色箭號標示處為光阻變形最明顯的區域。

為了解決上述這些問題，泛銓科技跳脫舊有窠臼，提出一個革命性的想法，利用低溫真空原子層沉積技術取代傳統鍍膜，制備欲分析試片的保護層。原子層沉積技術有絕佳的鍍膜批覆性，即使是貫孔、溝、或甚至小關鍵尺寸的結構都能輕易制備保護層，不會形成人為孔洞，為了避免FIB制備時造成的刀痕與TEM觀察時高能量電子束的轟擊損傷，保護層都會制備厚于50納米，這層保護層就像讓欲分析的脆弱結構穿上無堅不摧的鎧甲，有效抵御高能量離子束造成的損傷。針對試片表面的特性與分析目的，我們可以選用不同的保護層材料，但最重要的是，不管選用哪種材料，制備溫度都只比室溫高一些，遠遠比傳統制備方式低很多，此低溫制備對于最脆弱的深紫外光光阻尤其重要。有了上述這些利用低溫真空原子層沉積技術保護試片的做法，我們才能獲得精準的材料分析結果。

圖1a與1c分別是利用傳統鍍膜方式制備保護層在兩種光阻結構上的TEM照片，圖1b與1d為與1a與1c試片有相同結構與材料但不同試片的對照組，，保護層制備是采用泛銓所提出的低溫真空原子層沉積技術概念。由這些圖可以清楚比較出，傳統鍍膜制備方式確實對光阻造成程度不一的損傷，尤其在綠色箭號標示處，光阻變形的相當嚴重。反觀使用低溫真空原子層沉積技術制備的試片（圖1b & 1d），光阻結構并沒有明顯的變形。

為了確認低溫真空原子層沉積技術制備保護層確實不會造成光阻材料變形與損傷，我們利用高分辨率的掃描電子顯微鏡（Scanning tunneling microscope， SEM）來觀察在沒有任何制備下最原始的光阻試片狀況（圖2a），其對應相同結構與材料的TEM結果則呈現在圖2b中，比較這兩圖，可以清楚地看到SEM影像中所觀察到的結構細節也都有出現在TEM影像中，這證明泛銓科技所提出使用低溫真空原子層沉積技術制備保護層的概念確實不會對脆弱材料造成損傷。

圖 2. a 高分辨率SEM照片，該光阻試片沒有經過任何鍍膜處理，為原始表面照片。相同的試片再經過低溫真空原子層沉積技術制備保護層后的TEM照片則呈現在b。比較兩圖可以清楚看到光阻結構并沒有

低溫真空原子層沉積技術概念不但可以應用在分析脆弱材料的保護層制備上，也可以將其應用擴展到故障分析與表面分析上，尤其如果試片的保護層需要在最嚴苛條件制備時，低溫真空原子層沉積技術都能派上用場。泛銓科技所提出的這項革命性的概念也在2020年獲得專利，相信將來會有越來越多的材料會需要用到該技術。
編輯：hfy