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教育部教學實踐研究計畫成果報告
Project Report for MOE Teaching Practice Research Program (Cover Page)
計畫編號/Project Number：PMS1080015 學門專案分類/Division：數理 執行期間/Funding Period：2019/08/01-2021/01/31
發展以職能基準為導向的半導體微影製程課程
半導體微影製程概論
計畫主持人(Principal Investigator)：鄭秀英 執行機構及系所(Institution/Department/Program)：國立高雄大學應用化學系 成果報告公開日期： ■立即公開□
延後公開(統一於 2023 年 3 月 31 日公開)繳交報告日期(Report Submission Date)： 2021/03/20
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一. 報告內文
1. 研究動機與目的
1.1 研究動機 5G 及 AI 人工智慧被預期為下個十年最重要的創新科技，在產業發展佈局上，政府將半導 體IC 設計列為 5+2 產業創新重點發展之一；然而 IC 設計公司為 Fabless，所設計出的產品必須交由foundry 如 TSMC、UMC 製造，後續再交由如 ASE 進行封裝測試。台灣的半導體 IC
設計廠有238 家，區域性產值排名僅次於第一的美國；而支撐 IC 設計蓬勃發展的 IC 製造公
司包含TSMC、UMC 共有 15 家，foundry 區域性產值世界第一，IC 封裝測試如 ASE 等共 37
家公司，區域性產值亦是世界第一。1 (說明：半導體 IC、IC、半導體用詞常為互用。) 本計畫主軸是發展職能導向課程，以培育半導體製造產業所需的最關鍵微影技術人才。國 內半導體製造業的新增人力以應屆畢業生為主，但如下文1.2 文獻探討所述，新增人力的「量 不足」、「質不符」為人才招募的困難。 國立高雄大學應用化學系有數位老師具半導體製程產研經驗，本計畫主持人整合高大半導 體產研師資，以自身產研經驗在本校開設半導體製程學程課程， (https://chem.nuk.edu.tw/p/412-1036-3890.php?Lang=zh-tw )培育高大相關系所(應用化學、應用物理、化工與材料、電機)學生 的半導體製造技術專業，協助同學降低就業於半導體製造業的門檻，協助學生們能順利地學 產接軌至產業界。 為使產業界認同本校半導體製程學程課程符合業界期待，本人已申請通過「發光二極體技
術概論」學程課程之職能導向課程iCAP 認證(Integrated Competency and Application Platform，
授證機關：勞動部勞動力發展署，)。2 本計畫申請發展「半導體微影製程概論」職能導向課 程品質認證，雖憑藉本人申請iCAP 認證的經驗，然而，建構微影製程為職能導向課程的困難 在於可諮詢課程發展人才的稀少性：除了 TSMC 的「台積半導體學程」外，3 專門介紹微影 技術課程的大專院校教師，僅本人(前 ASML 微影設備公司應用工程師、TSMC 微影 RD 與 六廠微影製程副理)開授 3 學分之「半導體微影製程概論」、成大光電科學與技術系林俊宏教 授(前 TSMC 微影 RD 工程師、NDL 副研究員)開授 3 學分以微影光學為主的「先進微影技 術」課程。4 除此之外，外部職訓組織例如財團法人自強工業科學基金會，由前台北科技大學 光電系林世穆副教授開設18 小時「「半導體微影製程光學」光刻機的子系統」課程(收費 15,000 元)或其它微影光學課程，並無微影製程相關課程。5 微影製程專業課程之稀少性，乃因課程開發者須了解微影光學與微影設備(如本人 ASML 設備應用與TSMC RD)、微影製程技術(如本人化學/物理化學/光化學、TSMC 製程、EUV 光 阻研究)；課程知識包含光學與物理、設備與控制、化學與材料等專業。授課教師須具實務經 驗才能統籌各領域知識，適性地設計出符合其教授學生專業背景的課程。 本計畫之動機即是建構產業專參與、確認、認可的「半導體微影製程概論」課程，使本校 理工相關系所學生運用其理工背景、學習微影製程與設備，培育出業界認可的初級微影製程 工程師人才。 1.2 研究目的
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為培育符合產業界所需最關鍵的微影製程人才，本計畫邀請產業資深人士參與課程個階段 (A: analysis, D: design, D: development, I: implement, E: evaluation)的課程建構與執行，發展出 符合業界需求的人才培育課程。 本課程是否符合產業需求、課程品質保證是否適切? 本計畫的目的一是透過 iCAP 的課程 品質認證，以確認課程目標在培育並可提升半導體製造產業新增人才的人才素質。(勞動部勞 動力發展署的 iCAP 平台計畫整合應用各中央目的事業主管機關因應產業需求開發之產業職 能基準，強化職業訓練之內涵與成效，目的在協助提升產業所需人才素質。2)
2. 文獻探討
「半導體微影製程概論」課程所要培育的是半導體製造所需的最關鍵微影技術的微影製 程人才。產業端對半導體製造的新增人才需求可由近年數個統計數據與資料的趨勢得知，相 關資訊摘錄如下： 2007 年行政院發表的「半導體產業科技人才供需調查」的 2007-2009 年新增人才持平需 求為5500、7300、1700 人，而 2006 年當年的半導體製造從業人員為 58,370 人。6 2016 政府資料開放平台之「半導體產業人才需求調查」提到半導體製造產業新增人力需 求人數包含黃光(微影)製程工程師約 2,000 至 3,000 人，新增人力需求之來源排名第一的 是應屆畢業生，而企業招募困難與應屆畢業生相關的有：1.優秀人才易被其他產業或國家 挖角，2.不易辨識招募對象的能力水準，3.專業人才數量不足，4.年輕人就業力不足，5. 技術快速提昇，6.學用落差。7 經濟部2019「半導體產業年鑑」之調查估計尖端製程技術研發人員至 2019 底約需 8,500 人，總就業人數為83,500。自 2006 年的 12 年間半導體製造人才需求不僅增加了 43%， 其中尤其因前瞻技術持續開發，聘僱人力需求將持續增加。8 2020 年 7 月 104 人力銀行與 SEMI 國際半導體產業協會共同發表的「半導體產業級人才 白皮書」，以2020 年 7 月為例，工作機會數 19,469 個，中游製造職缺佔 40%；但報告書 提及企業招募有「找不到人」及 「找不對的人」的困擾，而徵才困難是「量不足」、「質 不符」。9 針對半導體製造人才需求的「量不足」、「質不符」，2020 年 8 月 TSMC 為建立長期競爭 優勢，以因應全球化競爭與挑戰，因此擴大「台積半導體學程」至台灣大學等六所大學院校，導入台積電領先全球使用於 5 奈米與 3 奈米製程的 EUV (Extreme Ultraviolet)
微影技術等相關課程，以期降低產學落差，並預計在2020 年累計受益學生達 2,000 人次。 半導體製造產業對人才的需求，據財經新聞近日報導TSMC 於 2020 招募 8,000 人，2021 將超越8,000 人；另以2021/2/3 的 104 人力銀行所開職缺為例，微影設備大廠 ASML 將 招募74 名全職微影技術相關工程師(無經驗可)、TSMC 則公告校園招募新增人力於頭條。 政府自2015 推動「5+2」產業創新以加速產業升級轉型，與半導體光電科技相關項目有 「亞洲 矽谷」與「綠能科技」，但與半導體製造業則較無相關。就在日前，行政院副院 長召集經濟部長等首長，邀台積電、力積電等半導體龍頭，一起會商設立半導體學院， 並預計立法院在本會期將審議攸關半導體相關發展的「國家重點領域產學合作及人才培
3 育創新條例」，國立大學將可與企業合作設立研究學院，培育半導體人才。10 由上述數據與資料可見， 半導體製造業的製程人才需求，隨著台灣半導體產業在世界 的地位日益加重要，量足質符的新增人力是半導體C 產業因應全球化競爭與挑戰，所必須 具備的人力資源戰力。
3. 研究問題(Research Question)
建構備產業專家所認同的職能導向、品質保證的「I 微影製程概論」課程，以培育具初 級微影製程工程師職能的人才，須依據勞動部所公告的「半導體產業製造-製程工程師職能 基準」1來打造產業界所需的人才。然而，此職能基準表包含半導體製造的四個製程模組： 擴散(離子植佈)、黃光(微影)、薄膜、蝕刻，而非專為微影製程所制定，故須邀請微影製程 產業專家協助從職能基準表中的工作任務(Task, T)與行為指標(Performance, P)，定義初級微 影製程工程師的日常TP。在此之後，才能與微影產業專家討論，TP 所對應所需的知識 (Knowledge, K)與技能(Skill, S)，才能建構出初級微影工程師職能表，進而設計合理的課程內 容與課程地圖。4. 研究設計與方法(Research Methodology)
上述3. 研究問題是建構職能導向課程五個階段 ADDIE 中的 A 分析階段。(註：建構職能導向課程與品質保證五階段為分析(A, Analysis)、設計(D, Design)、發展(D,Development)、 執行(I, Implement)、評估(E, Evaluation)。)
在A 分析階段，「半導體產業製造-製程工程師職能基準」1廣列四製程模組之TPKS，故 須邀請微影製程產業專家協助從職能基準表中的工作任務(Task, T) 有 T1.1-T1.13、T2.1-T2.9 共22 項中，挑選並定義初級微影製程工程師所能執行的 Task。此職能基準表的 Performance 僅列P1.1-P1.9，與表中 Task 間兩者並無明確的對應關係；再者，P1.1-P1.9 為四個製程模組 的共通Performance，無法精準對應到初級微影製程工程師所須具備能外顯的 Performance。 因此，須將Task 與 Performance 對應、邀請專家填寫初級微影製程工程師工作項目所對應的 的日常行為指標細項，以及請專家提出對應TP 所需的知識與技能，以完成初級微影製程工 程師職能表。在此之後，才能再與微影製程產業專家討論，拆解TP 以重組程課程(設計，D) 設計合理的課程地圖課程內容，方始進行課程內容發展(D)與執行課程教授(執行，I)。課程 執行之後須與產業專家檢視課程執行內容、學習成果評估、改進建議，以期使課程是職能導 向的、品質保證的(評估，E)。 本教學實踐計畫再執行課程的ADDIE 五階段。在執行完此五階段後，本計畫更進一步 地統整課程各階段的紀錄與佐證資料，將執行報告書送至勞動部勞動力發展署iCAP 平台做 職能導向課程認證。目前已通過資料資初審，正在進行實質內容複審。
5. 教學暨研究成果(Teaching and Research Outcomes)
因本計畫成果已送至iCAP 平台認證，並已通過第一階段資格審，現正進入地階段實質
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(1) 教學過程與成果
階段1 - 分析(A)：如本報告之4.研究設計與方法
。完成職能內涵表如下圖1 的 T1 工作任 務與其對應初級微影製程工程師能外顯的行為指標、行為指標所需的知識與技能背景。並將 職能重組成課程與如圖2 所示的部份課程地圖。(本計畫由為穎產業專家盤點出 T1-T9。) 圖1、T1 工作任務 圖2、部份課程地圖 階段2 - 設計(D)：課程設計與教學目標如表 1 摘錄的第一章課程與職能的對應關係。 表1、教學目標與職能內涵對應表 課程教學訓練目標 引用/分析職能內涵 課程單元 內容 級別 教學目標 對應行為指標(P) 知識 (K) 技能 (S) 工作任務 (Task, T) 行為指標 (Performance,P) 知識 (Knowledge, K) 技能 (Skill, S) 工作任務 (Task, T) (Performance, P)行為指標 知識 (Knowledge,K) 技能 (Skill, S) 態度(A, Altitude) T1 協助微影機台相關的 P1 能迅速且正確維護生 K05,K06 S01,S03,S04 T1 協助微影機台相 New P1.1-P1.3 New K01-K03 New S01請較詳細說明所列 Performance的意義 (能操作、執行的微影製程行為)：
1.當機台定期保養或維修回線後，需與設備工程師確認有調整的地方，若與能量相關就須確認CD值是否 keep BSL,甚至有時需要pilot matrix確認focus是否有跑掉，這些動作都是要確保產品的品質維持㇐樣的水 準。 * 當同個產品在不同機台跑，有個機台跑出來值與其他台有差異，有時需要禁掉有差異的機台，或者與整 合討論是否需要進行此機台規格合理化(非基礎，不在此課程中) * 看得懂SPC chart, 並對chart的走勢能提出調整策略. (移至T2) 2. 了解 PM 內容/流程/目的.(移至T2) 3. 了解 PM 後側機順序.(移至T2) * 驗證機台標準光罩內容涵蓋範圍及測試圖形的設計選定 (移至T9) * 當同個產品在同機台製作,但在不同機台量測,卻得到極明顯不同數值,需釐清差異來源(生產機台或量測機 台) (移至T2) 3. 驗證機台測試光阻的選擇 (及機台光阻管線配置最佳化決策 (非基礎，不在此課程中)) 1.需要監測日常測機值是否在規格內： ＊光阻塗佈與顯影：塵粒、光阻膜厚與均勻度。 ＊曝光機：CD以及其均勻度、堆疊誤差。 2.當機台定期保養或維修回線後，需與設備工程師確認有調整的地方，進行測機來確認製程是否在規格 內。若CD值偏離基準值，需要調整回來，甚至有時需要使用陣列晶片來確認聚焦與劑量是否跑掉，這些動 作都是要確保產品的品質維持㇐樣的水準。 3.當相同產品在多台機台上跑製程，需要監測這些機台的製程差異性，有時需要關閉製程差異性過大的機 台，後續再進行製程的優化，或者與整合討論是否有必要進行製程規格的合理化。(移至T6) 請較詳細說明所需涵蓋的微影知識內容與技能(包含KSL)： 1.當pilot matrix時，需要知道此產品在此製程的製程窗大小(L5) 2.光阻在微影的的作用及如何成形，曝光後量測位置會影響量測值(L3,L4) 1.當pilot matrix時，需要知道此產品在此製程的製程窗大小(L5) 2.光阻在微影的的作用及如何成形，曝光後量測位置會影響量測值(L3,L4)
*. 看得懂SPC chart, 並對chart的走勢能提出調整策略, example: CDU worse 確認是否energy/focus跑掉 ….等. (L5)
4. 了解 PM 內容/流程/目的, example: 哪些項目需要 週保/雙週保/月保/季保/年保...等, 若無執行會對產品 產生哪些影響. (L6)
5. 了解 PM 後側機順序, example: machenical particle/infilm particle/thick 哪個回線後要先測, 哪個要 dummy….等. (L5, L6)
*.驗證機台標準光罩內容涵蓋範圍及測試圖形的設計選定需考慮未來整廠區technology road map設計出 可⾧可久驗機光罩,避免頻繁更換(S01,L1,L2,L3,L4,L7) (移至T1.9)
2.電子顯微鏡特性認識參數選擇與程式設定技巧(S02,S04,,L4,L6) 3.當pilot matrix時，需要知道此產品在此製程的製程窗大小(L5) 4.光阻在微影的的作用及如何成形，曝光後量測位置會影響量測值(L3,L4)
P1 能協助迅速且正確維護生產製程的穩定運作。包含：
P1.1 了解曝focus-exposure dose-matrix (FEM) wafer的目的：會轉化FEM實驗所得之數據成為微影製程 窗、會確認最佳exposure dose與focus。
P1.2 了解生產機台(track/exposure tool)日常保養與定期保養(Periodic Maintenance, PM)之測試項目/規 格/流程，了解機台參數的意義與調整後對製程參數的影響，以協助確保產品的品質。 P1.3 了解協助 PM 後之生產設備與製程的測機步驟。 P1.4 了解光阻化學，協助驗證機台測試光組的選擇。(移至T5) P1.5 了解驗證機台標準光罩內容與涵蓋範圍，會指出測試圖形的設計意義。(移至T9) P1 對應【K01 半導體製程原理】【K02 成像光學與製程窗】【K03 微影與量測設備】《S01 半導體製程技 術》 P1.1 {...製程的製程窗大小(L5)} P1.2 { 哪些項目需要 週保/雙週保/月保/季保/年保等, 若無執行會對產品產生哪些影響. (L6) } P1.3 {mechanical particle/thinfilm particle/thick,哪個要dummy….等. (L5, L6)}
P1.4對應 【K03 微影與量測設備】【K04 光阻與光化學 】【K05 光阻與光化學 】【K06 成像光學】 {光阻 在微影的的作用及如何成形，曝光後量測位置會影響量測值(L3,L4)} (移至T5)
P1.5 對應 【K04 光阻與光化學 】【K05 成像光學】【K06 產業趨勢】【K07 微影技術趨勢】【K08 光罩 技術】 【K09 Resolution enhancement technologies】 《S01 半導體製程技術 》{... 測試圖形的設計選定 需考慮未來整廠區technology road map...,避免頻繁更換(S01,L1,L2,L3,L4,L7)
理工科系共
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3 5.1 Current Status of EUVL 5.2 EUVL System
5.3 EUV light source 5.4 EUV optics 5.5 EUV Photoresist 第六章、 光罩技術 2 6.1 光罩類型簡介 6.2 光罩保護膜 第七章、Resolution enhancement techniques 2 7.1 Illumination modification 7.2 Optical proximity correction
6 7.3 Phase shift masks
第八章、 Track 設備與製程 6 8.1 附著 8.2 光阻塗佈 8.3 軟烘烤 8.4 照後烤 8.5 光阻顯影 8.6 硬烘烤 第九章、 量測技術與SEM 實習 6 9.1 CD SEM 設備 9.2 SEM 實作 9.3 Overlay 量測設備 9.4 Surface particle Scan 設備 第十章、 統計分析與生產控制 期末考 6 3 10.1 Describing Processes
10.2 Statistical Process Control (SPC) 10.3 Linewidth Control
10.4 Overlay Control
10.5 Advanced Process Control (APC) 10.6 Out of Control Action Plan (OCAP)
表3、課程與職能內涵對應關係圖 階段4 – 執行(I)：執行課程教學的內容均經微影製程產業專家檢視並確認與原課程設計、發 TPKS 對應 第一章、半 導體產業介 紹 第二章、光 阻與光化學 第三章 、微 影成像原理 第四章、曝 光設備技術 第五章、極 紫外光(EUV) 微影技術 第六章、光 罩技術 第七章、 Resolution enhancement techniques 第八章、 Track設備與 製程 第九章、量 測技術與 SEM實習 第十章、統 計分析與生 產控制 T1 協助微影機台相關的製程工作。 O O O O T2 協助維持生產製程流程的順暢。 O O O O T3 協助完善生產製程流程提升良率。 O O O O T4 協助溝通產線需要的製程條件。 O O O O O O O O O T5 協助調整現有生產製程與新物料的試用、 量產使用評估。 O O T6 協助解決生產製程問題，分析異常問題。 O T7 協助修改與維護流程卡、run card。 O O O O T8 協助單站製程缺陷改善與工具使用分析。 O O O O T9 協助現有生產機台評估與擴充機台規劃。 O O O O O O O O P1.1 O O O P1.2 O O O P1.3 O O O P2.1 O O P2.2 O P2.3 O O O O P3.1 O O O P3.2 O O P3.3 O O O P4.1 O P4.2 O O P4.3 O O O O O O O P4.4 O O O P5.1 O P5.2 O P5.3 O P5.4 O P5.5 O P6.1 O P6.2 O P7.1 O O O O P7.2 O O O P8.1 O P8.2 O O P8.3 O O O O P9.1 O O O O O O P9.2 O O O O O P9.3 O O O O O O O K01 半導體製程原理 O O O O O O O O O K02 成像光學與製程窗 O O O O O O O O K03 半導體製程設備 O O O O O O O O K04 統計分析與生產控制 O O O O K05 光阻與光化學 O O O O O O O O K06 光罩技術 O O O O O O K07產業趨勢 O O O O O O O O K08 微影技術趨勢 O O O O O O O O K09 RET O O O O O S01 半導體製程技術 O O O O O O O O O O S02 量測儀器技術 O O O S03 製程流程維護改善技術 O O O O S04 工具除錯技術 O O O O 課程單元
7 展相符。 階段5 – 評估(E)：學習成果評估亦經專家檢視並確認其真實性與合理性。專家亦建議未來 改進方向： 涂：雖然不是根本課程內容相關，請提醒同學presentation skill很重要，在校時間要多加訓練。 胡：Presentation跟知識很有關，所以要有好的知識為基礎。 林1：Imaging 那個章節很重要。一學就會的知識，學校課程不須全部都教，到業界就會學到；Imaging是微影 技術的基礎，卻是在微影製程工程師的工作學習中學不到，擁有imaging的知識背景，對製程工作的掌握就 會精準。 林2：微影”製程”部分的知識也是很重要的，要懂微影製程與微影技術才能完整解決日常的微影部門的issues。 施：Imaging這章節很重要，此知識是在廠裡很少人知道、會教你的，可是scanner當機背後原理其實常與
imaging相關。 Resolution Enhancement Techniques章節也很重要，光罩OPC在廠裡也幾乎沒人教，但release new technology or new mask時，有時問題就出在OPC修不好。
同學要把EXCEL裡面的功能學好。 要認真上課，很重要。
(2) 教師教學反思
建構以職能為導向的「半導體微影製程概論」課程、培育以增加稀少性的半導體微影製 程人才是本教學實踐計畫的目標。將由勞動部iCAP 計畫的課程認證，期望能吸引更多學生 加入此高科技產業之行列，為提升國家半導體產業競爭力盡一份心力。(3) 學生學習回饋
8 繼續本系半導體學程之「半導體製程概論」必選課程(「半導體微影製程概論」先備課 程)後，本課程對本系學生而言是一門很陌生、很困難的課程，雖在開學前以充分說明，但 還是會有學生無法理解課程內容，故學生教學意見調查之滿意度4.53 較低於本人當學期年 其它選修課之平均(半導體製程概論 4.60、發光二極體技術概論 iCAP 認證課程 5、真空技術 4.65)；本系當學年選修課的平均為 4.60。
6. 建議與省思(Recommendations and Reflections)
職能導向的課程設計，在高教教學體系並未被大多數教師認知，這也呼應產業界一直提 及的「量不足」、「質不符」問題，政府政策性地推廣與獎勵iCAP 課程認證、人才培育方 向，應可協助彌平學產兩端的人才需求與供應的落差。
