全球半導體產業鏈，從晶片設計到生產製造，臺灣都屬於佼佼者，然而，隨著AI時代來臨，晶片設計與製程愈來愈複雜，使得檢測技術面臨前所未有的挑戰。工研院研發「陣列3D檢測技術」，為半導體檢測帶來新突破，大幅提升檢測速度與效率。
半導體製程動輒數百道工序，任何一個環節出現瑕疵都可能影響產品良率，因此，檢測環節扮演重要角色，晶圓表面或電路結構中的潛在異常、污染、刮傷或短路等，這些結構性缺陷可能嚴重影響晶片的性能，為了確保產品品質，半導體廠必須嚴格監控每道製程。
「傳統檢測技術運用高倍數單鏡頭，以2D方式檢測，雖然能夠提供高精度的檢測結果，但隨著晶片面積增大和元件縮小，且朝著3D堆疊方向發展，檢測技術勢必得跟上，如何在更大的範圍內進行精密檢測還能維持高效率及精準度，成為檢測技術的重要課題。」工研院智慧感測與系統科技中心研發副理甘凱翔說明，為協助半導體封測製造服務業技術升級，工研院3年前開始投入研究，探索如何提升檢測效率，「陣列3D檢測技術」於焉誕生。
從單眼到複眼提升檢測效率
「比起以前的2D單鏡頭檢測，陣列3D檢測技術有4顆鏡頭、以2×2的陣列配置，相當於4顆眼睛同時進行多鏡頭自動化顯微校準，檢測速度自然能提升4倍，」甘凱翔強調，這項技術的突破，讓檢測從依賴單鏡頭放大的方式，轉變為多鏡頭同步工作，達到倍數增長的效果。這種「複眼」的概念，使得檢測技術可以同時覆蓋更大範圍，並且保持高精度，滿足現代半導體製造過程中對大面積、高精度檢測的需求。
「相比之下，傳統2D檢測只能針對平面進行檢測，陣列3D檢測更可建立完整的3D資訊，不僅改變檢測流程，還大幅提升檢測的速度與效率，」甘凱翔解釋3D檢測的優勢所在。
多項專利突破技術瓶頸
從1顆眼睛變成4顆，需突破的挑戰很多。由於3D檢測技術從微米級一口氣提升到奈米級別，其核心元件即「壓電元件」（PZT），負責驅動感測頭，但壓電元件承重能力上限為5公斤，無法乘載4顆鏡頭的重量。為解決問題，團隊對元件進行微縮，最終將4顆鏡頭的總重量成功控制在2.5公斤內，瘦身成功後還要確保每顆鏡頭的精度與傳統單鏡頭相當，讓檢測系統不僅能夠快速工作，還可保證檢測結果的精確性。
甘凱翔表示，「更關鍵的挑戰是鏡頭校準，當多顆鏡頭無法準確對齊時，檢測就會不同步，一旦出現『眼花撩亂』、4顆鏡頭互相干擾的情況，反而會拖緩檢測速度。」為此，團隊精進鏡片MEMS異質複合鍍膜技術，以杜絕多鏡頭產生的鬼影狀態，甚至連光源、光路都重新設計過，打造出半自動化的共面度校正平台，針對共面度誤差的測量和調整，申請多項專利技術。
彎道超車增強臺灣競爭優勢
甘凱翔指出，雖說臺灣在半導體領域位居領先地位，但這多是指製造技術，實則檢測技術長期依賴國外技術與設備，如KLA、KEYENCE等歐美日等國企業，皆為全球檢測技術的領航者。然而，隨著國內研發實力的提升，檢測技術也逐步擺脫對國外技術的依賴。陣列3D檢測技術的問世可說是「彎道超車」，即便是國外知名半導體檢測大廠，其多鏡頭功能目前仍停留在微米級別，工研院的技術已經能做到奈米級多鏡頭檢測，為臺灣在半導體檢測技術領域創造更大的話語權。
「為了讓技術更具說服力，已完成美國國家標準技術研究所（NIST）的設備標準件量測，誤差能控制在10奈米以內，技術已完美達標。」回想這段研發時光，團隊還聯合廠商與民間企業共同參與。目前陣列3D檢測技術已滿足4顆鏡頭的運作，未來只要突破算力瓶頸，相信增加到8顆鏡頭也不是問題。
檢測技術掌握在國內廠商手上，最大好處是，未來臺灣半導體製造商遇到問題時，技術團隊可迅速反應並及時提供解決方案，這種快速應變能力是跨國企業難以實現的；技術團隊更能與半導體產業緊密合作，提供客製化服務，使臺灣在檢測技術的開發上能夠更加靈活應對市場需求，讓臺灣半導體產業如虎添翼，朝設計、研發、製造與檢測一條龍邁進，在全球半導體領域穩穩立足優勝者地位。
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