現今半導體缺陷分析核心痛點與技術突破
在先進製程與高階封裝的工作流程中，失效分析團隊常面臨傳統技術的物理極限。本系統透過突破性的技術整合，針對三大核心範疇提供確鑿的分析數據：
下探5奈米分析能力填補20奈米以下有機分析的空白： 現行 SEM/EDS 與 TEM 偏重「元素」分析且空間解析度受限，而 ToF-SIMS 則存在破壞性與基質效應 。PiFM 兼具 5 奈米橫向空間解析度與單分子層 (Monolayer) 靈敏度，能對 20 奈米以下微粒進行非破壞性「分子結構」分析的技術 。
了解「晶圓已清潔」的盲點： 傳統工具無法有效偵測超薄的單分子層殘留物（如 FOUP 引起的 PFPE 污染或 CMP 後的 Cu-BTA 抑制劑）。PiFM系統能直接取得單分子層化學影像與指紋圖譜，協助工程師評估電漿清潔或化學清洗的實際效果與潛在副作用，避免殘留物引發後續製程失效。
直讀KLA 缺陷地圖自動化分析： 系統軟體可直接讀取 KLARF 座標檔案，無須額外標記後由人工操作的耗時與破壞性流程。單點缺陷分析僅需 1 至 2 分鐘，最快可在 1 小時內分析近 50 個缺陷，幫助縮短根本原因分析 (Root-cause Analysis) 的時程 。
隨著半導體晶片尺寸持續縮小與先進封裝製程日趨複雜，根本原因分析（Root-cause Analysis, RCA）的難度顯著增加。現階段產線中的缺陷通常表現為單分子層（Monolayer）的有機殘留物，或尺寸小於 20 奈米的微粒，這已超越部分表面分析技術的空間解析度極限 。
光誘導力顯微鏡（Photo-induced Force Microscopy, PiFM）結合了小於 5 奈米的空間解析度與單分子層靈敏度 ，在不破壞樣品的前提下提供分子結構鑑定能力 ，且無須提供真空環境，對於平坦樣品也不需要樣品前處理，能有效填補現行失效分析工作流程中的技術空白。
當缺陷小於 20 奈米、主要為有機物或屬於單層汙染物時，SEM/EDS、ToF-SIMS 和 TEM/STEM-EDS 等各自在RCA工作流程中都有其相應的缺點：
SEM/EDS：能提供優異的奈米級形貌成像，但因為 EDS 收集的是元素而非分子資訊，因此無法區分材料的結構組成。此外，基於 SEM 的 EDS 空間解析度受限於電子束相互作用體積，約為 0.5 微米（µm），無法往下分析到20奈米甚至是5奈米的樣品。最後，受到電子束的轟擊可能會導致缺陷被破壞，且經常在樣品上產生碳氫化合物沉積，造成分析師誤判汙染物的組成。
ToF-SIMS：雖然提供分子資訊和微量敏感度，然而與SEM/EDS類似，僅有0.2 至 10 微米的空間解析度。且ToF-SIMS 分析過程產生的離子濺鍍帶來的破壞性，且易受基質效應影響，使有機材料和超薄薄膜的識別變得複雜。
TEM / STEM-EDS：雖然能提供原子級的成像，克服空間解析度的分析困難，但與SEM類似，分析過程的前處理採用FIB會產生具破壞性的聚焦離子束，且提供的是元素資訊而非分子資訊。
XPS、TXRF 和 Auger：在特定背景下有用，但對於奈米級、有機物的root-cause 分析而言，不是分析分析尺寸太大（XPS、TXRF），就是化學探測能力太有限（Auger）。
光誘導力顯微鏡（PiFM）是一種將非接觸式原子力顯微鏡（Non-contact AFM）與紅外光譜（IR Spectroscopy）相結合的技術 。其工作原理是透過直接測量 AFM 探針與樣品表面之間的光誘導力（Photo-induced force）來獲取化學鍵資訊 。
1. 奈米級光學近場增益與分子結構分析
由於 AFM 探針對紅外雷射具備近場增益效應（Near-field enhancement），紅外光譜的空間解析度被聚焦至探針下方 5 奈米的區域內 。PiFM 產生的圖譜與傳統傅立葉轉換紅外光譜（FTIR）具高度吻合性 ，因此量測結果可直接與標準商用或用戶自建的 FTIR 資料庫進行比對搜尋，達成分子結構鑑定。半導體製程中常用的光阻劑殘留物、底部抗反射塗層（BARC）殘留物、密著促進劑和鍵合抑制劑等製程殘留缺陷都能被 PiFM 辨識。
2. 下探5奈米空間解析度與單分子層靈敏度
PiFM可對厚度僅約 1 奈米、帶寬約 5 奈米的超薄殘留物或微粒完成化合物結構解析 。此外，透過檢測懸臂（Cantilever）的共振峰，PiFM亦能對純金屬與二維材料（2D Materials）等非傳統紅外光譜吸收材料提供形貌與物性資訊 。
3. 非破壞性與常溫常壓操作
分析過程無需高真空環境，可在常溫常壓下進行 。非接觸式量測且不需任何特殊的樣品前處理，分析過程亦不會對晶圓結構造成物理或化學損傷，使晶圓在分析後仍可繼續投入後續的製程或測試流程 。
Vista 300 本身相容於12吋晶圓，軟體可以直接讀取KLA晶圓缺陷檢測設備的缺陷地圖座標檔案，自動根據座標尋找座標紀錄的目標進行分析取得PiFM圖譜。
Vista 300 在每個缺陷的分析僅需要1 到 2 分鐘，可在約一小時內完成 30 到 50 個缺陷的化學結構分析，包含有機物與無機物，比對商用或自建的資料庫才取得更多的缺陷分析結果，實質縮短root-cause分析的流程。以下列出幾個實際root-cause分析的案例：
案例 1：矽基板表面 3 奈米二氧化矽微粒之結構化學辨識
在矽（Silicon）表面上一個高度僅約 3 奈米的局部微粒，經 PiFM 量測獲得具 1085 cm-1特徵吸收峰的 PiF-IR 光譜 。經資料庫檢索證實該微粒化學成分為二氧化矽（Silica），這項數據有助於工程師將污染源直接追溯至特定的濕式化學製程或化學機械研磨液（Slurry），無需依賴經驗推論 。
與傳統技術對比： 此尺寸已超越標準 SEM/EDS 的分析極限 。即便微粒尺寸允許 EDS 量測，EDS 也僅能偵測到 Si 與 O 元素訊號，無法將微粒與矽基板自帶的原生氧化層（Native Oxide）進行空間與化學結構上的區分 。
單分子層探測實證： 在微粒旁的基板背景區域，PiFM 光譜除顯示原生氧化矽特徵外，還偵測到 1100、1460 和 2940 cm-1 的微弱波峰，證實基板表面存在碳氫化合物單分子污染層，驗證了系統的超高表面靈敏度 。
案例 2：評估電漿清潔製程對 FOUP 交叉污染（PFPE 單分子層）的移除效果
從標準晶圓傳送盒（FOUP）取出的出廠晶圓，經 PiFM 於不同位置量測，均可複驗出除 1130 cm-1的氧化矽峰外，另含有 1250 cm-1的特徵吸收峰 (下圖(a))。光譜平均後經資料庫比對，確認該污染層為全氟聚醚（PFPE），其源自 PFA 材質儲存容器與晶圓接觸所導致的單分子層交叉污染 。
製程優化評估： 將此晶圓經過電漿清潔（Plasma Cleaning）製程後再次量測(下圖(b))結果顯示 PFPE 的特徵峰消失，但卻出現了新型態的碳氫化合物指紋圖譜 。這項直接的化學證據顯示，現行電漿清潔方案雖然成功移除了 PFPE，但伴隨了碳氫化合物殘留的副作用 。
技術盲點修正： 此類超薄有機污染層無法被 SEM/EDS 偵測，且其厚度與空間分佈亦超出了 ToF-SIMS 的有效分析，在傳統檢測中易產生「晶圓已完全清潔」的假象，進而影響下一階段製程（如薄膜沉積或鍵合）的良率。
案例 3：混合鍵合(Hybrid bonding)中化學機械平坦化（CMP）後的 Cu–BTA 殘留物分析
用於先進封裝製程的混合鍵合需要銅表面維持潔淨且不能殘留有機抑制劑和碳化物，以防止真正的銅-銅介面晶粒生長。Benzotriazole（BTA）用作保護作為導體銅線的抑制劑，會在銅表面形成難以去除的超薄Cu(II)–BTA 聚合物。
右圖顯示了四個不同步驟的平均 PiFM圖譜：(a) 電鍍銅、(b) BTA 處理後、(c) CMP 製程後、(d) CMP 後再經氬離子（Ar-ion）清洗後。
PiFM分析結果顯示現行清潔製程無效
Cu–BTA 的特徵訊號（來自 BTA 中苯環 C-H 的 ~795 和 ~755 cm⁻¹ 波峰）同時出現在圖 4b（CMP 前）和 4c（CMP 後）。這代表著銅表面的 BTA 在 CMP 製程後依然存在，這個現象提供了直接且特定於製程的證據。
PiFM分析結果顯示改善清潔製程有效
在經過氬離子清洗後，BTA 特徵訊號才被消除（圖 4d），證實過去的影響混合建和製程失敗的原因來自於Cu-BTA清潔未完全。
