【產學合作】傳統產業邁向智慧製造轉型之路

前瞻技術產學合作計畫
計畫名稱：奈米級半導體晶圓EUV光罩載具研發計畫
計畫主持人：中原大學 陳夏宗 講座教授
合作企業：家登精密工業股份有限公司
成果介紹：

計畫的目標係配合家登精密的全面需求，以三年為期建立奈米級晶圓載具之先進精密綠色射出成型與智慧製造系統開發，協助家登創新轉型提升來確立晶圓載具世界龍頭的地位並擴展國際市場商機。為此中原大學智慧製造團隊與家登合作建立國際級高端半導體載具設計/製造服務平台(圖一)，融合奈米複材、綠色與智慧射出成型、自動化、影像辨識以及知識管理/資訊系統等跨領域專長教師來完成符合工業4.0基礎的智慧製造服務系統。

本計畫全程預期達成之目標包括在12吋晶圓用的載具，達到30%成型週期時間降低，30%能源節省，平整度和機械強度可改進5%以上以及至少10%的原料節省 (利用廢料回收、氣輔成型、超臨界發泡成型)，在品質方面達到無浮纖、無縮痕的高亮品質與精密度。在智慧製造管理平台方面包括全廠域機台和周邊設備的連網監控、智能化成型導引、AI穩定精密成型調控、AOI產品檢測、專用型MES生產管理模組以確保每件產品生產履歷的建立。

圖1:高端半導體載具設計/製造服務平台架構示意

在精密成型方面，由於高分子的成型的過程，模腔各點高分子所承受的壓力、溫度以及流場剪切力的不同形成複雜的排向結構，以至於開模後各點收縮差異，不但影響產品精度也是形成缺陷特別是翹曲的重要的原因。此種現象的描述可以用熱機路徑(Thermal-Mechanical Path)在PVT(壓力-比容-溫度)圖上的變化來說明，如下圖二所示。

圖2:成型的熱機路徑在PVT(壓力-比容-溫度)圖上示意說明

計畫中發展科學化試模並結合人工智慧計算邏輯，配合產品關鍵點模穴壓力/溫度感測的即時資訊監控，使得熱機路徑的差異極小化，來達成經度得控制。
此項技術先於抬頭顯示器導光板成功的驗證，在長寬與厚度的尺寸均獲得極高的穩定並落於預定地範圍內, 如下圖三所示。

圖3:抬頭顯示器導光板利用比容AI優化控制獲得精密穩定尺寸

此項技術最後導入英特爾新型含玻璃視窗光罩傳輸盒(圖四)的應用。由於玻璃與塑膠的收縮率有極大差異，異質縮收特性導致玻璃在產品熱處理時容易龜裂。本項技術的應用順利縮小收縮率差異完成產品的上市生產，且良率高達95%。

圖4:新世代含玻璃視窗傳輸盒產品圖