推動台灣產業儀器設備自主化契機,儀科中心為國內半導體業準備的關鍵底牌

推動台灣產業儀器設備自主化契機,儀科中心為國內半導體業準備的關鍵底牌
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為推動科技產業升級,財團法人國家實驗研究院致力於推動國內科技人才培育及創新研發,發揮槓桿作用,近年除與學術界積極合作,提供解決方案以外,也轉向產業界希望作為學研與產業間的平台,創造共生共榮的各領域生態系。10月7日集齊台灣半導體研究中心、國家高速網路與計算中心、台灣儀器科技研究中心共同展出智慧領域技術成果,吸引廣大業界與學界共襄盛舉,希冀藉由這樣的機會,讓更多產學研界能認識國研院在研發平台服務所做的努力及見證近年國研院引領的技術革新。

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國際半導體產業協會 SEMI 預測未來 3-5 年的半導體產業有巨大的晶片需求及市場機會,但技術的挑戰甚大,藉由不同技術、不同功能、 不同材料間的異質整合創新及創造高附加價值之終端產品。而台灣半導體市場達 2.62 兆台幣,排名世界第三,今年年有機會重回第二,如何達成創新研發,將是台灣維持領先的重要決勝點。

台積電在今年靠著七奈米製程的領先,擠進了 2019 年上半年第三大半導體製造商,但台灣在半導體相關產業的突破還有個重要的環節沒有解決:設備。半導體先進製程的設備領域長期被少數大廠壟斷,諸如光刻機龍頭ASML以及物理氣相沉積 (PVD) 設備龍頭AMAT分別佔據了細分市場上75.3%和84.9%的市佔率,這代表台灣設備廠縱然為了更先進的技術,更龐大的市場份額而進行投資,亦會將龐大的預算外流至國外廠商,而難以在台灣國內達成產業成長縱效,2017 年,台灣半導體設備投資創造了超過 5000 億需求,但國內自給率僅 12%。

在這個環境下,儀科中心成為了台灣設備自產最重要的核心單位,由於擁有台灣目前唯一的大口徑光學鏡片研製技術,提供完整的光學系統客製服務平台,可協助產學研界理工醫農各領域, 開發前瞻研究所需的客製化特殊光學元件與儀器設備。也因此儀科中心有能力研發、設計最先進的高科技製造設備,包含先進封裝製程用的半導體曝光機、電漿輔助原子層沉積系統,以及原子層蝕刻等相關設備,在國內先進製造設備的研發與製造上成為國內企業的最佳幫手。儀科中心陳峰志副主任表示,「儀科中心最主要的業務就是利用獨有的設備與技術,協助廠商開發目前市面上「不存在」的設備,根據客戶的需求設計符合需求,並藉此協助台廠降低生產成本,拉高產品良率,進而拉抬在國際上的競爭力。」

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儀科中心展示多個自研自製的儀器設備。
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儀科中心當日於會場展示常壓電漿系統,搭載新代科技機器手臂可做材料改質之應用。

儀科中心獨創的「黑科技」:國內自研自製先進製程設備

會後,儀科中心也帶領與會者參訪近年與國內企業在半導體、生醫、航太等多個產業共同努力的成果,其中國內第一部自研自製原子層蝕刻Atomic Layer Etching, ALE) 設備原型也於當天首度對外曝光!ALE 設備專注研發氮化鎵研製次世代半導體電力元件,作為製作微小結構「精準蝕刻」最佳工具,可應用在半導體製造業的特殊先進製程步驟。自研自製設備開發過程中使用本國零組件為主,在產業鏈上深耕在地。這套 ALE 儀器具備可彈性調整零組件、維修成本低及帶動國內相關產業上下游發展的全方位優勢。

陳峰志表示,「儀科中心的核心技術就是光學、真空跟光機電系統整合,業界夥伴和學界夥伴了解我們的核心技術,根據他們的需求去打造儀器。」例如國內與全球最大晶片微影設備商艾司摩爾的商業案,就是儀科中心和台灣機械廠合作的成功案例,儀科中心透過光學的專業,協助機械廠打造先進機械,拿下艾斯摩爾的訂單。「我相信如果可以找到民間廠商合作,這些廠商會優先去找民間廠商,但會來找我們就是因為民間廠商沒有辦法做到這樣的研發,所以才需要靠儀科中心協助」,甚至台灣廠商其實並不願意讓業界知道他們與儀科中心合作研發「他們都覺得這是一種 KNOWHOW 了」陳副主任笑說。

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國人自研自製開發之原子層蝕刻設備。

同時,儀科中心在原子層沉積 (Atomic Layer Deposition, ALD) 設備也有相關成績,透過儀科中心研究的12 吋矽晶圓之電漿輔助原子層沉積 (Plasma Enhanced ALD, PEALD) 系統新技術,可以解決傳統物理氣相沉積 (Physical Vapor Deposition, PVD) 製作大曲率樣品厚度不均問題,傳統 PVD 技術難以在非光滑表面上完成均勻覆蓋的薄膜,透過儀科中心的 ALD 新技術,可以完成 100% 階梯覆蓋率的光學薄膜,改善過往大面積大曲率樣品的鍍膜均勻性問題,進而提高成像解析度。2015 年,儀科中心更與台積電等產學機構共同成立「原子層沉積聯合實驗室」,進一步提供半導體製造業 ALD 製程設備測試與開發驗證的服務平台。

因應產業在有限的設備預算上,儀科中心也可以做到多方面支援各種前瞻研究,並因應需求進行設備升級改良,創造台灣產業儀器設備自主化的能量與契機,並整合整體產業鏈,提高國內儀器設備產業的整體活力與動能。

不只半導體:儀科中心聯手醫界、學界,開發連骨頭都能「印」出來的先進醫材

另外,儀科中心近年也切入醫材設備,經過多年努力,先後完成了符合國際醫材法規之 ISO 13485 的醫療器材品質系統環境,生物相容性驗證服務平台、電性安規驗證實驗室也得到 ISO 10993 認證,並打造了國內第一個手術導引可用性法規環境平台,就是看中台灣今年上看 1206 億台幣的醫材市場,並計畫藉由完整的平台協助廠商切入國際市場,透過連結台灣產、學界的資源與能量,縮短生技醫材產品原型開發時程,協助台灣新創事業創造醫材殺手級應用的目標。

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儀科中心與臺北醫學大學及三鼎生技合作開發之3D 列印骨骼重建系統。

如與臺北醫學大學及三鼎生技共同合作開發的生物 3D 列印骨骼重建系統,透過兩段式溫控系統讓生物列印材料及生長因子兩者共存。這套「生物 3D 列印骨骼重建系統」,醫生可以在患者照完 X 光後同時開始進行列印,讓手術時間可以縮短一半以上,而最終輸出的成品更可以與患者斷裂的骨骼完美重合,更因為是利用患者的生物細胞進行列印減少排斥反應,可說是醫材 3D 列印上非常重要的突破,更樹立了良好的研究單位、學界、業界三方合作典範。

攜手國內企業,儀科中心要讓台灣做出屬於自己的先進儀器

從福衛五號的太空科技,到晶圓、半導體產業的生產儀器,儀科中心在台灣的科技發展中扮演非常關鍵的角色。

過往台灣半導體設備最大的出口國中國,近年因政策轉向國內自給,亦因外在的中美貿易戰影響,降低對國外進口設備的比例,對台灣半導體設備廠造成衝擊,但危機也是轉機,儀科中心此時的角色更為重要,透過串連國內廠商共同研發、製造新儀器,而後將完成的成果技轉至民間企業,可以有效提高台灣相關設備的自給率,打造設備自產的新生態系,讓台灣在世界的半導體優勢得以維持,甚至進一步擴大,在國際上持續佔有一席之地。

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