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兆晟奈米科技 SuperSizer超越微粒檢測極限
撰文／凃心怡
兆晟奈米總經理吳伯仁（左3）與技術長何信佳（左4）帶領團隊，將SuperSizer技術發揚光大，為台灣半導體產業鞏固優勢，持續精進前瞻製程。
半導體製程持續微縮，製程所需特定溶液裡的極小雜質，將大大影響良率。如何量測溶液中的顆粒大小與分布，找到先進製程中的「魔鬼細節」？工研院新創公司兆晟奈米科技研發獨家「SuperSizer」技術，可量測至3奈米粒子，一舉突破現行20奈米以下的檢測極限，為先進製程良率把關。
台灣自70年代引進半導體技術後，一步一腳印匯聚了完整的產業供應鏈，直至2014年台灣半導體產業產值首次突破新台幣2兆元，對台灣GDP的直接貢獻度更是高達8%，根據工研院IEK Consulting預估，2025年半導體產值將突破4兆元里程碑，堪稱台灣經濟的重要支柱。
如今半導體製程已正式進入3奈米的競賽，面對美、韓、中晶片業者步步進逼，政府「5+2產業創新計畫」中的「晶片設計與半導體產業推動方案」積極協助台灣鞏固競爭優勢，支持業者持續追求前瞻製程，透過半導體設備的自主化，提升產品良率，也成了市場競爭之中的勝負關鍵。
從工研院出發 讓研究走入產業
成功突破量測瓶頸的「新世代溶液中奈米微粒監控系統－SuperSizer」，是兆晟奈米技術長何信佳的驕傲，也是他在奈米研究領域的長年積累。
一切要從何信佳加入工研院時說起，「當時有很大一部分的工作在致力於制定全國標準，同時也把量測技術運用在協助台灣產業進展上，」何信佳回憶，9年前第二期奈米國家型科技計畫正式啟動，他也參與其中，一路跟著台灣奈米科技萌芽成長，由於接觸得早，累積不少豐富經驗，為日後研發SuperSizer技術奠定了深厚的基石。
「晶片的趨勢是愈做愈小，在半導體IC的濕式製程中，需要使用特定的化學溶液清洗、研磨以及蝕刻晶圓表面，一旦溶液裡混雜著原子級的小雜質，易刮傷電路線，影響晶圓良率，」何信佳進一步說明，過去業界在面臨溶液中摻有雜質而影響品質的問題時，解決方式都是將整組溶液濾心汰換掉，不僅耗費成本，更是治標不治本的消極因應。
當年市面上的量測技術仰賴光學原理，僅能測量至20奈米，但量測到個位數奈米，已是很明確的趨勢，若能提前找出檢測的方法，判斷溶液中奈米粒子的尺寸、分布與數量，無疑是拿到半導體先進製程高良率的入場卷。這時剛好有想改良製程的半導體企業找上門，透過何信佳與研發團隊不斷的嘗試與突破，SuperSizer於焉誕生。
有別於傳統量測只能達到20奈米的極限，SuperSizer採用嶄新的量測方式，先將溶液氣霧化，再搭配電壓變化影響奈米級粒子的移動，並再次凝結氣霧化的奈米粒子，如此一來就能精準量測到溶液中粒子的粒徑大小與分布，甚至解決微奈米氣泡影響偵測信號的問題。
實驗室中一次次令團隊歡呼的突破，實際搬到產線上，仍有各式各樣的問題需要解決，何信佳抽絲剝繭，揪出問題各個擊破，2年之後終於做到讓客戶點頭。
「學術上能用的東西，到了『現場』，無論是量測的物品、環境以及使用的情況，種種環境因素都會影響SuperSizer的靈敏度。」何信佳解釋，在實驗室中，他們所處的環境既單純又乾淨，所使用的檢測溶液也相對純粹，可到了產線上，不僅得面對複雜的環境，還須考量到多元的檢測物質，「可能是酸、可能是鹼，也可能是有機的，在更換不同溶液時，有些成分可能就會傷害甚至腐蝕模組，這是我們在實驗室中未曾想到的！」
除了材料相容性外，對於產線機台必須24小時不停運轉，檢測機台是否能做到長期穩定，何信佳與團隊秉持著「沒有最好，只有更好」的理念，逐一克服這些紛沓而至的挑戰。至今他們仍不間斷地修正細節，以精益求精的態度，為台灣半導體產業爭取產業贏面。
與儀器大廠結合 共創三贏
在SuperSizer漸臻完美之際，這支從工研院衍生的新創團隊，看見技術發展為商品的潛力，開始思考獨立創業的可能性。
「我們非常清楚，現在能解決的方案不多，既然掌握了這項技術，在這個領域也是做最久的，創業成功的機率其實很大。」何信佳也坦言，離開工研院後最大的難題就是龐大的資金需求，想要做到永續經營，他們首先要找到一個能長期合作發展的夥伴，因此他們找上了國內唯一擁有量測與自動化能量的儀器大廠「致茂電子」。
致茂電子橫跨電動車、半導體檢測領域，在半導體檢測上已掌握後段製程的成品檢測技術，若能與兆晟奈米結合，就能打下前端檢測應用的產業地位，創造出一條龍的競爭優勢。看準了「1+1大於2」的互惠效益，雙方在短短半年間就達成共識：由致茂注資，幫助兆晟奈米正式成軍，也加速SuperSizer邁向日趨穩定的商品化之路。
兆晟奈米總經理吳伯仁信心滿滿地表示，在相似的技術中，SuperSizer並非唯一，但那些大多在研究室內閉門造車，論及實地投入產業應用，達到連續24小時、365天線上監測研磨液、雙氧水以及超純水等化學溶液中粒子的大小與濃度，且量測範圍小至3奈米的成就，兆晟奈米的SuperSizer絕對是獨步全球！
透過SuperSizer的精準量測，半導體業者能從被動試誤，轉為主動控制管理，從根本上避免異常品的產生，甚至無須耗時費力的改變原有製程，就能有效提升製程良率。估計每提升0.1%良率，就可以增加淨利600萬美元，足證明對產業的貢獻非凡。
「我相信這項技術絕對會為台灣半導體產業加分，」吳伯仁分析，有了兆晟的獨門技術，可望解決持續微縮的半導體製程絕對會面臨的難題，有助於產業創新發展。而談起未來，吳伯仁也胸有成竹地表示，未來的市場潛力無窮，能創造的可能性絕對不僅於此，未來應用觸角還可以伸及光電、生醫以及製藥領域，幫助台灣多項產業在全球獨領風騷！