半導體產業向來遵循摩爾定律（Moore's Law）步伐前行，以每18個月將單位面積電晶體提升1倍作為目標，投入大量研發量能，造就如今我們在行動裝置雖越來越小、效能卻越來越高，物聯網與車聯網的應用也蓬勃發展，運算力的提升也加速了雲端、人工智慧或邊緣運算等各式場景的延伸。
然技術發展背後，是先進製程在線寬表現上越來越細小，不僅挑戰晶圓製造工藝，製作過程中任何原物料的瑕疵，例如晶圓不平整、晶圓上細微到肉眼看不見的裂痕乃至於製程所使用的化學品中包含各式雜質，都將影響最終晶片生產的良率。也因此，為了避免上述因素成為半導體製造良率的隱形殺手，不管是原物料供應商或晶圓廠，在原料出廠或收貨進倉時，都必須導入更嚴格的檢測跟品管機制，也加速了這些年半導體產業在先進檢測與計量上的討論
根據Mordor Intelligence所出具的報告顯示，全球半導體計量與檢測設備市場總值預估將在2026年上看53.7億美元（約合1718.4億新台幣），可見在先進製程的推動下所孕育與牽動背後的商機無限。換言之，檢測／計量這門專業技術對未來半導體產業的發展至關重要，特別是為了突破摩爾定律的限制，產業開始擁抱異質整合技術，由於異質整合是在單一封裝體中整合諸多晶片元件，使得封裝內部的結構複雜度倍增，若還是仰賴過去的量測技術將容易在這類晶片模組產生故障時很可能會找不到故障原因。
半導體技術尋求突破摩爾定律，生成式AI成下一波起飛關鍵
正因為先進檢測與計量在這些年半導體技術轉變的過程中，扮演了關鍵角色，同時伴隨而來的跨域技術整合，也加劇了先進檢測與計量的難度，更需要匯聚產業各界專家一同分享觀點，才能攜手半導體產業持續前行。對此，SEMI國際半導體產業協會與工研院特於SEMICON Taiwan 2023國際半導體展展期中共同舉辦「半導體先進檢測與計量國際論壇」，邀請產官學界不同領域的專家，一起探討眼前的挑戰跟產業應對解方。
致茂電子公司總經理暨SEMI Taiwan檢測與計量委員會主席曾一士在論壇開始前和與會者分享半導體產業無論從智慧型手機、還是電視談話節目裡的討論，早已滲透在你我生活中，透過先進製程技術的推進，讓電動車、智慧醫療，甚至是各式行動裝置得以持續推進我們的生活，然而這背後要如何透過完善的機制，確保製程工藝能滿足終端裝置所追求的效能表現，檢測與計量就顯得更為重要，而隨著技術的推進與材料、製程的轉變都將挑戰著檢測與計量的精準度與表現，這也是為什麼SEMI要選在此刻舉辦論壇，希望能集結眾人的專業一同為半導體產業努力。
不過，這些先進製程的應用多半是以手機行動裝置、AI伺服器等高階產品為主，在走過疫情後的此刻，外界對於過去超額預定、終端市場需求疲軟的現況，是否也會影響到半導體先進檢測與計量的投入？對此摩根士丹利證券證券研究部董事總經理詹家鴻就分析到，至2027年AI 半導體年複合成長率達30%，上看1250億美元（約合4兆新台幣），其中ChatGPT更是生成式AI殺手級的應用，「它用短短五天就達成了Meta十年的用戶量，」看好未來五年AI將是半導體產業重要的驅動力，但詹家鴻也說從手機到筆電，人工智慧技術的導入將推動產業擺脫谷底、迎來春燕，看得出來各種技術的研發與投入也早已刻不容緩。
先進製程架構的選擇，狹窄的物理空間如何創造高良率
這些年在半導體在技術推進上，「架構」始終是有投入先進製程領域的業者重要的選擇，畢竟面對越來越狹窄的奈米製程通道，該如何確保電子流通、克服材料與物理上的限制，選擇FinFET（鰭式電晶體）或是GAA（閘極全環）就成了關鍵。而過去產業主要仍以FinFET架構為主，直到邁入三奈米的製成後，三星率先轉彎選擇GAA，也開始讓外界注意到這個從過去垂直轉成水平的架構究竟有哪些技術上的挑戰。
來自以色列的諾威量測設備公司（Nova Ltd.），是一家以設計、開發、生產和銷售用於半導體製造中先進製成控制的量測設備提供商。Nova, Business Director, Michael Lee就表示，近期Nova加大力道突破了GAA計量產品組合的解決方案，能協助客戶透過幾何尺寸、物理材料特性和化學分析等了解半導體結構，並透過提升製程良率與產，並可為企業客戶提供最先進半導體儀器開發與生產的深度見解，同時以獨家創新的X光與光學解決方案使客戶能改良性能，提升產品良率並加快產品上市時間。
另一方面，賽默飛世爾區域行銷經理林欣熠也表示，目前團隊正透過高分辨電子顯微鏡技術，來迎戰三五族半導體的挑戰。由於介面檢測成為了三五族半導體在產業上的重大課題，主要是因為容易影響元件的品質，因此透過高分辨電子顯微鏡技術是一種在原子尺度下直接觀察材料的微觀結構的實驗和檢測技術，確保製成的結構或材料能與預期相符。
異質整合中以矽穿孔克服挑戰，量測技術從材料到製成全面助攻
不只是從傳統途徑突破摩爾定律的限制，在效能不變的情況下，半導體產業這些年也投入了異質整合行列，藉由3D立體的方式創造出單位效能提升的表現。工研院量測技術中心專案組長戴鴻名指出，由於改採3D異質整合的技術，內含邏輯、記憶體等不同晶片，因此如何量測確保其穩定性就成了關鍵，目前主要以「線上晶圓級高深寬比矽穿孔（TSV）檢測系統」，大幅提升矽穿孔製造良率，讓原本數小時檢測時間，縮短至幾秒內就成完成。
此外，台灣大學精密量測實驗室研究員簡維信則表示，目前實驗室在精密量測領域下的研發重點，包括AOI光機電關鍵技術與系統模組開發，及半導體先進製程之線上檢測技術與設備開發等，以協助科技產業開發前瞻性關鍵技術與方法為目標。以先進智慧型機器人光學精密量測模組為例，簡維信說到這項技術可以產品最佳化階段或線上製程中，進行自動化三維形貌與關鍵尺寸量測、精密空間定位、工件辨識與誤差瑕疵檢測等。
Otsuka Electronics, Director, Sota Okamoto則表示，半導體製程的膜厚度是確保製程品質和性能的關鍵因素之一，而準確測量薄膜的厚度則尤為重要。由於半導體製程從長晶到完成部件都需要經過多道製程，而每道製程的良率都關乎最後產品的性能。而大塚科技以「光學」、「非接觸」與「高精度」為主軸，配合大塚電子的核心技術光譜儀為心臟部位製成的膜厚量測儀，能協助企業客戶可在短時間內完成膜厚測量。
看拉曼光譜如何發揮價值，掌握精準分析提升製程良率
而在半導體領域中，拉曼光譜（Raman Spectra）佔有非常重要的地位，其原理是利用拉曼散射現象將樣品的光譜進行分析，從而獲取有關樣品分子結構和振動特性的訊息。尤其當它照射到半導體表面或內部時，樣品中的晶格振動和電子激發會產生拉曼散射現象，從拉曼光譜中能獲得半導體晶格結構、殘留應力、材料成分、缺陷特性、表面污染檢測等資訊，對半導體材料的質量、性能、工藝和製造工藝進行評估和控制，提高半導體產品的可靠性和穩定性，增加產品的生產效率和降低製造成本。
HORIBA Instruments, Applications Engineer, Timothy Holt就表示，HORIBA作為一家擁有超過兩世紀的品牌，可以提供產業從顯微鏡到台式拉曼光譜儀全系列自動化分析的解決方案，協助產業在不到一分鐘的時間內，就獲得完整的化學無損分析或高分辨率顯微圖像，這對於半導體產業在面對越精細的先進製程時，可以更精準掌握分析檢測的結果，提升製程良率。
另一方面，來自瑞士半導體污染源控制新創團隊UNISERS AG，則以獨門技術用以辨識半導體生產過程中導致產品缺陷的污染源，獲得全球注目。UNISERS AG, Co-founder and CEO, Ali Ozhan Altun表示，團隊正在開發晶圓分析技術，辨識任何造成缺陷的污染源，幫助半導體製造業者採取措施，盡可能在最短時間內解決問題，由於先進製程需要工具發現越來越小顆粒，不僅半導體廠，甚至整個供應鏈，所有半導體製造材料或化學品也都有此需求。
作為半導體產業重要的第三方平台，SEMI也將持續秉持推動產業發展、打造全球性合作平台為使命，透過定期的會議與活動來強化產業趨勢及關鍵技術的意見交流與媒合、優化檢測程序標準，同時培育更多檢測領域人才。
