一圖勝千言，這些訣竅讓《研之有物》好看又好懂

從小時候的底片相機，發展到數位相機，如今手機就能拍出許多高清又漂亮的照片，你知道都是多虧了 CIS 晶片嗎？

本文轉載自宜特小學堂〈CIS晶片遇到異常 求助無門怎麼辦〉，如果您對半導體產業新知有興趣，歡迎按下右邊的追蹤，就不會錯過宜特科技的最新文章！

CIS 晶片又稱 CMOS 影像感測器（CMOS Image Sensor），最早是在 1963 年由美國一家半導體公司發明出來的積體電路設計，隨著時代進步，廣泛應用在數位攝影的感光元件中。而人們對攝影鏡頭解析度需求不斷增加，渴望拍出更精美的畫質。

CIS 已從早期數十萬像素，一路朝億級像素邁進，有賴於摩爾定律（Moore’s Law）在半導體微縮製程地演進，使得訊號處理能力顯著提升。如今的 CIS 已經不僅適用於消費型電子產品，在醫療檢測、安防監控領域等應用廣泛，近幾年智慧電車興起，先進駕駛輔助系統（ADAS, Advanced Driver. Assistance Systems）已成為新車的安全標配，未來車用 CIS 的市場更是潛力無窮。

然而，越精密、越高階的 CIS 晶片由於結構比較薄，加上特殊的 3D 堆疊結構，使得研發難度大大提升，當遇到異常（Defect）現象時，想透過分析找出故障的真因也更為困難了。

本文將帶大家認識三大晶片架構，並以案例說明當 CIS 晶片遇到異常，到底我們可以利用那些工具或手法，成功 DEBUG？

一、認識 CIS 三大晶片架構

現今 CIS 晶片架構，可概分為三大類，（一）前照式（Front Side illumination，簡稱FSI）；（二）背照式 （Back Side illumination，簡稱 BSI）；（三）堆疊式 CIS（Stacked CIS）：

（一）前照式（FSI）CIS

為使 CIS 晶片能符合半導體製程導入量產，最初期的 CIS 晶片為前照式 (Front Side illumination，簡稱 FSI) CIS；其感光路徑係透過晶片表面進行收光，不過，前照式 CIS 在效能上的最大致命傷為感光路徑會因晶片的感光元件上方金屬層干擾，而造成光感應敏度衰減。

（二）背照式（BSI）CIS

為使 CIS 晶片能有較佳的光感應敏度，背照式（Back Side illumination ，簡稱 BSI）CIS 技術應運而生。此類型產品的感光路徑，係由薄化至數微米後晶片背面進行收光，藉此大幅提升光感應能力。

而 BSI CIS 的前段製程與 FSI CIS 類似，主要差別在於後段晶片對接與薄化製程。BSI CIS 的製程是在如同 FSI CIS 一般製程後，會將該 CIS 晶片正面與 Carrier wafer 對接。對接後的晶片再針對 CIS 晶片背面進行 Backside grinding 製程至數微米厚度以再增進收光效率，即完成 BSI CIS。

（三）堆疊式（Stacked）CIS

隨著智慧型手機等消費電子應用的蓬勃發展，人們對於拍攝影像的影像處理功能需求也大幅增加，使製作成本更親民與晶片效能更能有效提升，利用晶圓級堆疊技術，將較成熟製程製作的光感測元件（Sensor Chip）晶片，與由先進製程製作、能提供更強大計算能力的特殊應用 IC（Application Specific Integrated Circuit，簡稱 ASIC）晶片、或是再進一步與記憶體（DRAM）晶片進行晶圓級堆疊後，便可製作出兼具高效能與成本效益的堆疊式 CIS（Stacked CIS）晶片（圖一），也是目前最主流的晶片結構。

二、如何找堆疊式（Stacked）CIS 晶片的異常點（Defect）呢?

介紹完三大類 CIS 架構，我們就來進入本文重點：「如何找到堆疊式（Stacked）CIS 晶片的異常點（Defect）?」

由於這類型的 CIS 晶片結構相對複雜，在進行破壞性分析前，需透過電路專家電路分析或熱點（Hot Spot）故障分析，鎖定目標、縮小範圍在 Stacked CIS 晶片中的其一晶片後，針對可疑的失效點／失效層，進行該 CIS 樣品破壞性分析，方可有效地呈現失效點的失效狀態以進行進一步的預防修正措施。

接著，我們將分享宜特故障分析實驗室，是如何（一）利用電性熱點定位；（二）移除非鎖定目標之晶粒（Die），並針對鎖定目標晶粒（Die）逐層分析；（三）電性量測分析；（四）超音波顯微鏡（SAT）分析等四大分析手法交互應用，進行 Stacked CIS 晶片進行故障分析，順利找到異常點（Defect）。

（一）透過電性熱點定位找故障點（Hot Spot）

當CIS晶片具有高阻值（High Resistance）、短路（Short）、漏電（Leakage）或是功能失效（Function Failure）等電性失效時，可依據不同的電性失效模式，經由直流通電或上測試板通電，並透過選擇適合的電性故障分析（EFA, Electrical Failure Analysis）工具來進行電性定位分析。

包括雷射光束電阻異常偵測（Optical Beam Induced Resistance Change，簡稱 OBIRCH）、熱輻射異常偵測顯微鏡（Thermal EMMI）（圖二）、砷化鎵銦微光顯微鏡（InGaAs），藉由故障點定位設備找出可能的異常熱點（Hot Spot）位置，以利後續的物性故障（PFA, Physical Failure Analysis）分析。

（二）移除非鎖定目標之晶粒，並針對鎖定目標晶粒逐層分析

接著，依照上述電性分析縮小可能的異常範圍至光感測元件晶片、ASIC 或記憶體晶片區後，根據 Stacked CIS 晶片堆疊的結構特性，需先將其一側的矽基材移除，方可進行逐層去除（Layer by layer），或層層檢查。

再者，透過特殊分析手法，移除不需保留的晶粒結構，進而露出目標晶粒之最上層金屬層（圖三）。接著，透過逐層去除（Layer by layer），最終在金屬層第一層（Metal 1）找到燒毀現象的異常點（defect） （圖四）。

（三）電性量測分析：導電性原子力顯微鏡（C-AFM, Conductive Atomic Force Microscopy）與奈米探針系統（Nano-prober）的應用

當逐層去除（Layer by Layer）過程當中，除利用電子顯微鏡（SEM） 於故障點區域進行 VC（Voltage Contrast）的電性確認與金屬導線型態觀察外，亦可搭配導電原子力顯微鏡（Conductive Atomic Force Microscopy，簡稱C-AFM）快速掃描該異常區域，以獲得該區域電流分布圖（Current map）（圖五），並量測該接點對矽基板（Si Substrate）的電性表現，進而確認該區域是否有漏電 / 開路等電性異常問題。

在完成C-AFM分析後，若有相關疑似異常路徑需要進一步進行電性量測與定位，可使用奈米探針電性量測(Nano-Prober)進行更精準的異常點定位分析，包括電子束感應電流（EBIC , Electron Beam Induced Current）、電子束吸收電流（EBAC, Electron Beam Absorbed Current）、與電子束感應阻抗偵測（EBIRCH , Electron Beam Induced Resistance Change）等定位法。而Nano-Prober亦可針對電晶體進行電性量測，如Vt、 IdVg、IdVd等基本參數獲取（圖六）。

當透過上述分析手法精準找到異常點後，亦可再透過雙束聚焦離子束（Dual-beam FIB，簡稱DB-FIB）或是穿透式電子顯微鏡（Transmission Electron Microscopy，簡稱TEM）來對異常點進行結構確認，以釐清失效原因（圖七）。

（四）超音波顯微鏡（Scanning Acoustic Tomography，簡稱SAT）分析：於背照式（BSI）／堆疊式（Stacked）CIS晶圓對接製程的應用

超音波顯微鏡（SAT）

超音波顯微鏡（SAT）為藉由超音波於不同密度材料反射速率及回傳能量不同的特性來進行分析，當超音波遇到不同材料的接合介面時，訊號會部分反射及部分穿透，但當超音波遇到空氣（空隙）介面時，訊號則會 100% 反射，機台就會接收這些訊號組成影像。

在背照式（BSI）與堆疊式（Stacked）CIS 製程中晶圓與晶圓對接（bonding）製程中，SAT 可作為偵測晶圓與晶圓之間接合不良造成存在空隙的重要利器（圖八）。

半導體堆疊技術的蓬勃發展，加上人們對影像感測器在消費性電子、車用電子、安控系統等應用，功能需求大幅度增加，CIS 未來將繼續進化，無論是晶圓級對接的製程穩定度分析，或是堆疊式（Stacked）CIS 故障分析，都可以透過宜特實驗室豐富的分析手法，與一站式整合服務精準地分析、加速產品開發、改善產品品質。

國科會首度向全國高中職及大專院校廣下英雄帖，舉辦「Open Call 科普 創意松」，得獎名單已揭曉，並將於今（112）年 5 月 26 日在臺北松山文創園區一號倉庫進行頒獎及展示得獎作品，當日將結合國科會科普活動計畫及科普產品製播計畫成果一同展出，讓各界能藉此機會相互激盪對科普的想像！

兼顧科普傳播與社會需求，將學生科普創意轉換為未來社會影響力

聚焦校園年輕世代所舉辦的「Open Call 科普創意松」徵件活動，分「科普創意提案」及「科普短片徵件」兩類，鼓勵高職中職及大專院校學生，透過多元科普傳播模式和影音創作發揮社會影響力。

自去（111）年 8 月底啟動徵件，有將近 90 所學校、400 多隊報名、超過 1200 人次的師生參與。在學子創意孵化的過程中，國科會也邀請業界各領域執牛耳的輔導業師，透過業師陪伴及前後世代的交流互動，優化學子的提案創意並強化其作品未來之可行性。

「科普創意提案」獲獎案例展現出青年學子對於科學教育、環境永續、生 態保育、偏鄉孩童心理輔導等議題的關注與熱情，並嘗試透過創新的科普傳播手法為在地社會議題尋求新解方。

大專組金獎由來自臺北醫學大學及中國醫藥大學合組團隊「醫線教育」獲得，該團隊跨區域、跨校號召志同道合夥伴，針對疾病診斷邏輯，設計互動式教具與課程，幫助國內外大學生模擬情境以銜 接基礎知識在臨床的應用，獲評審們一致認同是難能可貴的社會實踐行動。

高中職組金獎，由彰化二林工商的「哇哈哈科學服務團」團隊獲獎，該團隊以在地高中職學生為出發點，率先成立科學服務社團，學習科技教育知識，再教導鄰近國中小學童，達到自助人助，進一步儲備種子志願團，由受助者變成助人者，形成良善循環機制，不僅將科學教育資源帶入偏鄉，培養在地科學人才， 且結合科學教育與地方文化，對地方經濟和社會發展有正面且積極的影響。

科普短片類大專組金獎作品為清華大學「清大天文社」之〈進擊的黑洞：類星體〉，該創作短片從熱門的科學新聞切入，呼應天文迷對於黑洞的好奇心， 片中穿插許多令人會心一笑的譬喻與橋段，風趣又不失其意涵。

高中職組金獎作品，是由虎尾高中「動感光波」團隊所創作之短片〈光通訊〉，主要講述以 發射器（燈泡）產生之光訊號，經由接收、轉換成電訊號，進而發出特定音階， 透過生動活潑的表演和拍攝手法，故事情節可愛清新，搭配簡易動畫和資訊圖卡，讓影片具知識性及趣味性。

當日除了展示 21 個來自校園學子的獲獎科普創意，下午在舞台區會放映獲獎的 11 支科普短片及科普產品製播計畫影片，內容生動更兼具知識性與教育性，讓民眾沉浸於深入淺出的科學知識寶庫與科普視聽饗宴。

精選年度科普活動計畫作品及科普產品製播影片成果同步展出

國科會為持續推動全民科普，使科學教育不僅走入校園、更深入大眾生活，今年首度集結科普相關計畫 45 個團隊共同展出成果，國內長期推動科普、第一線面對學子的科普推手，為本次展覽設計豐富多元的科學演示，將深奧的科研成果轉化為各年齡層易懂的手作互動實驗等，包括循環材料與物件微展覽、 原住民文化數學數位教材、科普桌遊、AI 自駕車模擬行駛、植物染手作體驗、 蝴蝶科普解謎遊戲等有趣又豐富的科普體驗；此外，「數感盃中英文數學詩創作競賽」的創作成果，也將在展場中幻化為 24 公尺長的「數學詩牆」，當縝密精準的數學與柔軟詩意的文學交會，迸發出跨域創作的科普新火花！歡迎大小朋友帶著好奇心一同共襄盛舉！

活動官網

「Open Call 頒獎典禮暨科普成果展」活動資訊

• 時間：2023 年 5 月 26 日（星期五）上午 10:00 ～ 下午 5:00
• 地點：臺北松山文創園區一號倉庫（信義區光復南路 133 號）
• 展覽活動詳情請上活動官網：www.opencall-nstc.org.tw

• 撰文／詹遠至｜臺灣邏輯、方法論、科學與科技哲學學會助理、臺灣大學哲學系碩士生
• 校對／陳樂知｜臺灣大學哲學系副教授、臺大傳統與科學形上學研究中心執行長、臺灣邏輯、方法論、科學與科技哲學學會秘書長

我們所處的二十一世紀已是科學的時代，科學理論被視為宇宙的終極答案。在這個「科學至上」的時代，人文探求還如何可能？人文如何可以與科學攜手並進？以「人文」與「科學」之間的對話為主軸，臺灣邏輯、方法論、科學與科技哲學學會（LMPST Taiwan）於 2022 年 11 月 19 日在臺灣大學主辦了一場以《科學內外的人文可能》為題的論壇，邀請了國內哲學學者以及科學普及界的資深工作者擔任講者。

本活動主持人由鄭會穎教授（政治大學哲學系助理教授、政大現象學研究中心主任）擔任，受邀講者則包括陳竹亭教授（臺灣大學化學系名譽教授）、陳樂知教授（臺灣大學哲學系副教授、臺大傳統與科學形上學研究中心執行長、LMPST Taiwan 秘書長）、鄭國威先生（PanSci 泛科學知識長）與嚴如玉教授（陽明交通大學心智哲學研究所副教授兼所長）。

本論壇屬於 LMPST Taiwan 長期舉辦的《種種意識論壇》系列。除 LMPST Taiwan 以外，這一系列的論壇由政治大學現象學研究中心、清華大學實作哲學中心、臺灣大學哲學系、臺灣跨校意識社群、PHEDO 台灣高中哲學教育推廣學會、沃草公民學院共同合辦；贊助單位則為順奕有限公司。

科學為人文帶來危機？先論科學主義與自然主義

主持人鄭會穎教授點出了本論壇的核心議題後，陳樂知教授（臺灣大學哲學系副教授、臺大傳統與科學形上學研究中心執行長、LMPST Taiwan 秘書長）發表了他的觀點。

陳教授想要討論的是「就其理論本質而言，科學是否威脅人文」這個問題。陳教授首先談到一些人持有「科學主義（scientism）」的世界觀。科學主義認為，科學是唯一可以讓我們獲得知識的可靠方法。陳教授認為科學主義是一種自相矛盾的世界觀；原因在於科學主義本身並不是科學，並未被科學方法證明，它只是一個哲學理論。因此，科學主義身為一個哲學理論，它本身就是自己會排斥的對象。

回到核心問題，科學是否帶來了人文危機？陳教授的答案是否定的。他認為科學所帶來的其實不是科學主義，而是「自然主義（naturalism）」。自然主義認為，這個世界最根本、基礎的組成，就是自然科學理論認為存在的那些事物，例如粒子、力場、化學反應等。

陳教授認為科學所帶來的自然主義是現代世界觀的基礎；即使一些特定人士因為宗教背景等理由而不同意自然主義，其實也應該要同意例外情況相當有限。如果我們接受「自然主義」，而非「科學主義」，那麼科學本身根本就不會帶來人文危機。這是因為，自然主義只認為世界最根本的組成是科學所談論的事物，但是它並不認為我們只能透過科學方法來認識這些事物。

事實上，從科學世界觀的角度來說，人類也是自然的一員。人類作為一種自然生命體，出於其演化而來的結構，與生俱來就有各種世界互動、認識世界的方式，不限於科學方法。就此而言，人類會發展出的人文也是一種自然現象。因此，雖然人類後來發展出了「科學方法」這種較為優化的認識途徑，我們依然不能否定「人文方法」也是一種認識世界的可靠方法。

接著，陳教授提及羅素（Bertrand Russell）對「熟知知識（knowledge by acquaintance）」以及「描述知識（knowledge by description）」的區分。熟知知識指的是我們透過直接的感受、互動與掌握所獲得的知識，描述知識則是理論性的知識。

陳教授認為熟知知識與描述知識不可被截然二分，兩者之間是程度上的差別。而人文學門的一些觀念就較為接近熟知知識，因為它們重視同理及感受。雖然如此，這一切都符合腦神經科學的描述，人文仍然是自然現象。另一方面，人文因此仍然是科學可以研究的對象，也需要科學的補充。人文學門自己也必須要了解，自己所研究的熟知知識其實也是自然現象，有其組成基礎與運作原理。

因此，科學可以幫助人文把熟知知識轉換為更精確的描述知識，並且為人文提供更精密的研究方法，以及協助其排除錯誤，比如排除人類先天認知系統的偏誤、漏洞等等。總結來說，科學與人文其實研究的是同一個自然界；科學非但不應帶來人文危機，還可以幫助人文研究走得更加長遠。

跨科際合作的需求，兼論「人類世」中的人文與科學走向

不同於陳樂知教授從哲學觀點出發，陳竹亭教授（臺灣大學化學系名譽教授）帶來的是他在教育方面的經驗。首先，陳教授介紹了他為台灣教育部主持的「科學人文跨科際人才培育計畫」，簡稱「SHS（Society-Humanities-Science）計畫」。

由於現代社會中的問題包含人文以及科學的面向，因此 SHS 計畫的主軸在於推動「跨科際教育（trans-disciplinary education）」。以往的教育先是學科主義，然後衍生出「多領域（multi-disciplinary）」或是「跨領域（inter-disciplinary）」，也就是由各學科各自探究共同問題，或是由兩個學科進行合作。

跨科際教育則有所不同，它以「真實世界的共同問題」為核心，直接打破學科之間的界線。只要是對解決真實世界的問題有幫助的知識，參與的學科，甚至政府、產業、民間的 NPO 或利害關係人都擔責分工合作進行知識生產、解決問題。

由於現代社會中的問題愈趨複雜、多元，且多樣，社會對科學界的要求也跟以往有所不同。科學家開始被要求具備社會意識及社會參與的能力，還有溝通與對話的能力；這些能力都是傳統的科學界非常缺乏的。有鑑於此，陳教授所主持的 SHS 計畫積極推動「問題導向的學習」、「系統思考」、以及「實用方法論上的創新」。他也提到，SHS 計畫的推動非常有賴於大學對本身社會角色的自覺與復興。

陳教授參與的另一個國科會計畫是「以社會需求為核心的跨領域研究計畫」。與 SHS 計畫相同，這個計畫也非常重視跨科際教育，並且認知到單靠科學知識無法解決真實世界的複雜問題。

那麼，人文究竟該扮演什麼樣的角色呢？陳教授討論到他撰寫的新書《丈量人類世》中的「人類世（anthropocene）」這個概念。「人類世」指的是一個新的地質紀元。在工業革命之後，人類文明成為影響地球環境與生態變遷的關鍵角色。因此，部分學者認為地球已經進入「人類世」這個地質紀元。

在人類世中，全球有非常多的變遷趨勢，其中一個就是：科學發展帶動理性價值的昂揚，其他的人性價值卻被輕忽。陳教授說，我們培養出了許多「職業科學家」。可是，在科技急速發展的同時，人類的科技文明卻缺乏方向感：我們正面臨物質文明與精神文明之間極大的不均衡。總而言之，他認為「人類的智能尚未學會如何掌舵文明巨輪的方向」。

最後，針對人文與科學應該要如何在人類世中發展，陳教授提出了他本人的看法。首先，科學研究的同儕審核程序需要人文專業學者的投入，也就是科學家不能閉門造車。再來，婦女應該要積極加入科學與科技事業的陣容，因為科學發展不能只由男性思維主導。

最後，未來教育的趨勢必須往跨科際的方向邁進，也就是人文與科學必須並重。如此一來，陳教授強調：「人文的啟發價值和社會重大需求必須挺身而出，為人類文明的永續承擔文明指南針的角色，與科學共同尋求世紀困境的解方。」

「科學實作哲學」帶來人文與科學的合作新可能

繼陳竹亭教授分享了跨科際教育發展的大方向後，嚴如玉教授（陽明交通大學心智哲學研究所副教授兼所長）則分享了她在科學人文互動的個案經驗。嚴教授身為一個哲學學者，卻在因緣際會下，走上了不同於普通學者每天關在辦公室做研究的路。她為了提升生醫背景的學生對哲學的興趣，也為了把哲學帶到課堂之外，推動了青銀共學。

嚴教授把社區中的長輩們請到大學的哲學課堂上，與大學生一起進行小組報告。這些生醫背景的學生們未來大多會從醫；因此，對未來將要在醫療院所工作的他們來說，與長輩互動是很好的練習。

嚴教授也針對與學生們未來在醫療場域會遇到的一些價值性思考，與哲學作出連結，讓學生們學習哲學能夠學以致用，對醫療過程有所幫助。舉例來說，她會帶領學生討論如何面對死亡、以及照護倫理等哲學議題。她認為，在學生未來的臨床工作上，這些哲學議題將派得上用場。

除了青銀共學外，嚴教授還以非常不同於傳統學者的方式，進行她個人的哲學研究。傳統哲學學者往往是埋首於書堆中，發展自己的理論；她則是親自到醫療院所中進行田野調查，去訪問醫生、護理師等第一線的人員。藉由直接了解醫療工作者在實作上遇到的困難，她試圖讓哲學能夠真正被實用。

嚴教授說，這樣的研究方法被稱為「科學實作哲學」。科學實作哲學作為一種研究方法，其實不單單適用於人文學門，也同樣適用於科學。非常理論性、艱深的基礎科學如果能夠走出象牙塔，了解社會的真實需求，便有機會與人文接軌。因此，不論是科學或人文學門，若研究者可以調整研究方法，從研究對象在實作上的細節出發，再轉而調整自己的理論，那麼科學與人文的互動、合作並非不可能。

科學素養對現代社會的重要性

最後進行分享的是科普媒體《PanSci 泛科學》的知識長鄭國威先生。鄭知識長首先釐清了「人文」的定義：他認為，「人文主義」認為人類可以靠自身的能力認識這個世界，而「人文學科」正是培養這種能力的學科。從這個定義來看，人文與科學根本就不是分開的；畢竟科學也是人類靠自身能力認識世界的方式之一。

鄭知識長提到，台灣的學生在國際學生能力評量計畫（PISA）中表現非常優異，世界排名名列前茅。然而，台灣的學生卻普遍缺乏自信，在失敗時容易產生自我質疑。

在學習的過程中，我們大致可以把人分為兩種：具有「定型心態」與具有「成長心態」的人。前者只重視結果、學習態度較消極，且容易受挫折打擊；後者則重視過程、學習態度較積極，且勇於面對挑戰。鄭知識長指出，具有定型心態的台灣學生似乎占多數。

鄭知識長在高中時也面臨相同的困境，他那時非常厭惡數學和理化，完全沒有學習他們的熱忱。他後來發現不止他是如此，有許多人也在學生階段就放棄了對科學的學習；這對台灣社會是個嚴重的現象。舉例來說，公投的題目許多都牽涉科學知識，放棄學習科學的公民要如何在這種公投中作出正確的判斷？這樣的考量促使他後來創辦 PanSci 泛科學。

鄭知識長認為，獲得成長心態最簡單的方式就是學會科學原則與方法，也就是用科學方法來面對日常生活中遇到的問題。而培養科學素養則需要承認自己對許多事的無知，且需要身處一個好的素養集體之中。最後，鄭知識長勉勵大家一起培養出「科學思辨力」，為本次的論壇畫下一個強而有力的句點。