技術專輯主編前言|半導體與光電產業設備技術專輯主編前言

作者:

黃萌祺

刊登日期:2021/05/28

受到疫情與中美貿易影響,也隨著5G、高速運算、電動車及物聯網等需求快速增加,故半導體晶片需求大幅增加,2020到2025年,全球半導體產業營收年複合成長率為5%,為因應此需求,半導體大廠積極擴充產能與設備,故根據SEMI(國際半導體產業協會)統計,2020年,全球原始設備製造商 (OEM) 銷售額將達到670 億美元,年增15%,2021年預估更達760 億美元,台灣在台積電擴大資本支出的帶動下,將重回半導體設備市場第一大市場。
台灣為半導體產業重要聚落,2020年產值達3.22兆元、年增20.9%,首度突破3兆元,其中龍頭廠台積電約占3分之1。在台積電的磁吸效應下,台灣半導體業群聚效應高於其他國家,晶圓代工、封測居產值為全球第1,IC設計排名第2,也吸引歐、美、日國外半導體設備與材料商紛來台投資設廠,包含艾司摩爾(ASML)、默克(Merck)等。
此外,受惠疫情影響導致遠距上班與居家生活需求增加, IT、電視面板需求大幅增加,2020 年面板產業產值逆勢成長 0.3%,年產值來到 7,275 億元,台灣面板廠商逐漸朝向布局高階及利基應用市場,如電競、車用及醫療等應用,包含車載面板、μ-LED顯示器,有助於提升台灣面板產業之國際競爭力。
由於美中貿易戰與COVID-19 疫情衝擊,製造業者考量供應鏈風險下,使全球供應鏈重組,多數製造大廠紛紛將生產基地移出中國,將逐漸「去中心化」,並以智慧製造協助製造業升級,打造具韌性的製造生態系,顯見新型冠狀病毒疫情將催化企業加速推動產線分散布局,使得在地供應等區域化供應鏈的概念再度受到重視。。
為未來半導體與光電產業需求之增加,與協助企業推動產線分散布局,打造具韌性的製造生態系,必須積極發展自主化之半導體與光電設備,本期專輯將針對半導體與光電面板產業之先進製造技術與設備進行介紹與說明,並榮幸邀請台灣電路板協會李長明理事長針對「全球晶片之戰 台灣載板產業順勢而起」,針對IC載板產業之市場趨勢、廠商動態等發表看法,由於5G、AI、高速運算(HPC)、人工智慧(AI)、網通等應用需求強勁,台灣PCB企業已擁有載板先進技術,未來需要串接電子上下游產業鏈,如半導體、電路板、材料、設備等廠商,建立國內材料設備供應體系,提升設備與材料能力,厚實台灣電子科技產業發展根基。
半導體產業之先進技術與應用如下,「晶圓測試探針卡設計與製造」一文,為使新興IC產品要能順利量產上市,必須在IC設計階段,就配合其新功能、新規格,同步開發量產測試所需的探針卡及測試設備,探針卡(probe card)是針對裸晶圓進行功能測試之重要關鍵組件,因此超前佈署新興高階產品之測試相關探針卡與設備技術是維持台灣半導體測試產業競爭力之當務之急。CIS影像感測器是最具潛力與成長性的半導體產品之一,本文提出一種製做懸臂式微機電探針卡的方法。它包括以微機電製程及合金電鑄技術製作積體化高硬度微針,以雷射觸發金屬化技術製作的3D陶瓷電路板,並以雙面對準技術將探針與陶瓷電路板進行接合,它可應用於未來超高畫素CIS感測器晶圓之測試,提高針測速度。「氣靜壓磨削主軸之多孔質軸承技術」一文,多孔質氣靜壓主軸為精密機械產業中的關鍵元件,除可應用於高階工具機,也應用於其他高精密加工產業如半導體工業之晶圓切割、發光二極體晶粒切割、晶片薄化研磨加工、印刷電路板鑽孔以及玻璃基板循邊切割等,因此多孔質氣靜壓主軸技術於半導體產業應用甚廣。本文介紹承載能力更高的多孔質氣靜壓軸承,以單一柱塞之簡化模型來研究局部多孔質軸承的氣隙壓力,應用有限體積法及壓力與速度耦合之技術,藉由計算流力軟體分析在不同氣隙厚度及邊長的情況下的氣隙壓力分佈及平均壓力,以瞭解該等參數之變化對軸承性能之影響。「氦離子束檢測技術簡介及其於高深寬比結構鍍膜製程研發之應用」一文,影像解析度通常受限於樣品相互作用的體積,而不是實際的聚焦點大小。使用較高能量電子束或較大質量的粒子束源,雖然可以減少散射的影響,但隨之而來的副作用,如更大的樣品相互作用體積及大量分散的粒子源能量使影像解析度仍舊無法提升。近年來,氣體場離子源研究的進展使得以輕惰性氣體離子作為離子源的顯微設備得以實現,氦離子束顯微鏡( HIM )檢測技術的導入,使得奈米等級結構檢測技術得以突破,於半導體光電製程研發中更具有快速檢測和較低成本的優勢,並能搭配未來多層結構3D-IC開發,廣泛應用於高深寬比樣品之中。「先進封裝設備之晶圓對位技術」一文,3D IC封裝技術已經躍升到晶片革命的浪頭上,如何在晶圓封裝製程設備上取得先機,製程專利的布局可能是首要考量。因此綜合技術功效矩陣圖及製程專利而言,可以鎖定藍寶石晶圓的3D IC封裝,就現有製程缺陷檢測、提高產品製程良率來開發新的專屬晶圓及封裝製程技術,布局製程專利,本文將開發晶圓級熱壓接合設備,並藉由熱固耦合模擬方法,降低接合變形產生。
面板產業之先進技術與應用如下,「電漿設備技術於次世代顯示器之發展與應用」一文,顯示器產業的生產設備中,電漿相關的製程技術(蝕刻、 鍍膜及材料表面改質等關鍵製程)佔了將近一半,電漿設備因此成為面板製造中最重要與關鍵的設備之一。本文於次世代製程技術之電漿設備系統開發中,導入電漿源設計與模擬分析技術、電漿蝕刻製程開發、電漿診斷與監控模組技術,藉由優化製程與系統平台及多元的量測模組技術,提供國內相關應用產業的解決方案,在面對競爭激烈之市場保有競爭力,以期落實設備本土化及高值化之目標。「超細線寬製程技術於透明LED顯示屏幕之應用」一文,LED顯示屏幕近年來的需求激增,其中透明LED顯示屏幕的需求複合年成長率更是達到8 %;目前的透明顯示技術主要分為二類,一為以ITO (Indium Tin Oxide)透明導電膜為基礎的LED玻璃屏,另一為以PCB (Printed Circuit Board)板為基礎的LED透明屏,然而二種技術分別面臨各自的技術瓶頸,ITO導電膜主要有面電阻過高的問題,對於全彩與高密度顯示的需求無法達到;而PCB板為主的LED透明屏主要受限電路板所形成的光柵式導電板於視覺上過於明顯,難以達到高透明顯示無視化的需求,整合應用受限;本文利用自行開發之超細線寬製程技術,可成功於透明基板上印製超細線寬之細微導線,後續透過貼合製程,可於透明基板上點亮全彩的LED,並且可進行中、英文字體的顯示,達到低阻值、輕量化的全彩透明LED屏幕顯示。
光電產業之先進技術與應用如下,「Micro LED高溫磊晶加熱模組技術」一文,因為磊晶設備加熱器(鎢絲或錸片)皆會有發熱體轉折處間隙過大,造成溫度不均勻現象,或是發熱體壽命較短等問題,微間距加熱模組是採用陶瓷材料當作發熱體,具備高耐蝕性、熱傳導係數大及熱膨脹係數小等特性,高溫下沒有outgassing問題,間隙尺寸最小約1.5 mm而達到幾乎整面發熱的效果,大幅提升溫度均勻性。搭配原先磊晶機台底座電極盤設計,可安裝上MOCVD機台,應用於Micro LED磊晶製程。「光電半導體創新應用與台灣磊晶設備發展」一文,磊晶屬於前段製程,進行薄膜沉積,技術門檻高,且薄膜品質會影響後續製程成敗,因此是VCSEL生產過程中非常關鍵的技術,然而目前全球設備幾乎被國外大廠壟斷,因此本文將檢視光電半導體的創新應用與磊晶設備市場,並分析領導設備商的關鍵模組技術,針對台灣目前的研發能量,提出未來發展方向。「複合薄膜光學膜擬及特性分析技術」一文,光學薄膜濾光片製鍍方式採用混合薄膜技術,除了具有能夠改善單一材料的物理及化學特性外,亦能得到與目標光譜相近之結果。本文介紹多層結構薄膜色度與物理參數變化模擬及鍍膜開發,設計混合薄膜結構Glass/Cr/AlN/Al/Air,主要特點為採用金屬Cr層來控制色度座標中的明亮度,介電層AlN薄膜厚度可改變反射光的色彩,以最外層的金屬Al薄膜用來消除穿透光,利用各層結構變化可調控青色、橘色、紫色色度。全介電質膜層堆疊結構採用AlN及SiO2薄膜材料堆疊,主要特色為膜層結構具有絕緣性,不會影響通訊頻段電磁波的傳輸性,而當入射角大於45度時會發生全反射不會有色彩的變化。
本期專輯期望能從半導體與光電技術應用中,挑選突破點與建立技術制高點,並與讀者們一同分享與交流,同時也希望能引起產學研各界之共鳴,大家一起投入發展,讓臺灣半導體與光電相關技術能持續進步與應用,帶動台灣製造業之發展。

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