光電製程與設備之熱效應技術

摘要：熱效應對於半導體光學元件以及半導體電子元件均佔有很重要的影響；對半導體電子元件而言，會影響到載子的擴散速度、元件可靠度、元件均勻度以及載子遷移率等；而對於半導體光電元件而言，則會影響到晶圓的撓曲量，進而破壞光電元件的發光效率與後續製程的穩定度，所以如何有效的掌握熱效應以及做對應的半導體機台設備設計，就變得非常重要，本文將會進行一系列的探討與先期研究。

Abstract: Thermal effect plays an important role for the optical and electrical properties of semiconductor devices. For the electrical devices, it will influence the dopant diffusion, device reliability, and carrier transport mobility. For the optical devices, it will lead to wafer bending and further affect light emission efficiency in the device. Therefore, controlling the thermal effect by proper process equipment design becomes a very important topic. In this paper, we will have a series of discussion on this topic with preliminary investigation results.

關鍵詞：熱效應、半導體製程、機械設備

Keywords：Thermal Effect, Semiconductor Process, Equipment

前言
台灣在全球的光電半導體產業以及半導體電子產業均佔有舉足輕重的影響，且具有最大且最完整的半導體電子產業鏈，甚至有國外學者認為，半導體產業才是台灣最堅強的國防屏障力量，我國多項電子產品生產量與質量均位列全球的前茅，每年產業對於國內經濟的生產毛額更佔有重要的一席之地。如何加速發展更新一代的光電子產品，並超越美國、日本、韓國已經變成國家最重要的課題。隨著元件的尺寸越做越小與越做越精緻化，近期發現熱效應是最不可被忽視的一個重要因素之一，熱在半導體電子元件中，將會大幅影響載子的擴散效應，進而影響整體元件電特性的一致性，同時對於元件中的可靠度與載子遷移率，更是有決定性的影響，而對於半導體光電元件產品而言，也已經被發現: 不適當的熱加工處理，會造成不同熱膨脹系數的材料間產生變形破壞，改變晶片的撓曲量，進而影響元件產品的良率和發光效率，所以如何在半導體製程中有效的掌握熱效應，近期變成非常重要的學問，本文將會從不同角度探討熱效應對於光電電子半導體元件產品的影響，並針對重要的半導體製程機台，進行機構變更設計，達到良好的熱對流傳導與較平整均勻的製程特性，同時也將探討半導體機台內腔體的無因次係數設計與可視化監控技術對於半導體製程設備的影響。

熱效應對於半導體電子晶片元件的影響
熱效應在半導體電子晶片中的影響示意圖如圖1所示，因為半導體晶圓元件的疏密與尺寸大小不同，在元件製程時或是使用大電流操作時，不同元件之間所感受到的溫度也不同，更因此進而影響到整體元件特性的一致性，半導體業界俗稱這種現象叫做“負載效應”（loading effect）與“自熱效應”（self-heating effect），而此效應對於元件的良率、可靠度、載子的擴散作用[1]和傳送載子的移動遷移率都產生重要性的影響，而電晶體電路中，相關電子零組件元件特性都是經過設計與匹配，一但其中任何一顆電晶體因為不均勻的受熱因素造成特性有所改變，對於整體產品元件電路特性均會有嚴重的影響，也大幅影響電路設計者的設計空間。