在人工智慧（AI）時代，半導體產業正經歷前所未有的機遇和挑戰，由於AI技術和能源管理的推動下，也正朝新全球化趨勢發展。同時隨之而來節能減碳及分散化生產趨勢，也將提高風險管理的要求。儘管企業趨向跨國合作，但地緣政治風險和疫情等因素，仍然對供應鏈造成不穩定性。

台灣的半導體產業相當成熟，在全球產業供應鏈中扮演關鍵角色，根據2022年全球半導體公司的市占率分布，台灣半導體大廠占全球市占率總計達63%。台灣半導體產業不僅推動著5G、生成式AI和高效能運算等尖端技術的發展，更是享譽全球的半導體供應鏈的一部分。

然而，在半導體的前段製程設備方面，主要仍然掌控在國際大廠手中，國內廠商多半只能供應一些零組件或周邊清洗設備。尤其前段的鍍膜、微影等關鍵製程，更是台廠難以跨越的障礙。

半導體元件朝高密度、高容量及3D垂直結構發展，材料與尺寸已進入原子級要求。在半導體的鍍膜技術中，傳統的PVD（Physical Vapor Deposition）物理氣相沉積和CVD（Chemical Vapor Deposition）化學氣相沉積一直是主流技術，不過ALD（Atomic Layer Deposition）原子層沈積相較於這兩種傳統方法，具有更高的鍍膜精度和均勻性。

隨著半導體技術不斷進步，走向7奈米、3奈米，甚至2奈米，ALD技術具有明顯優勢，勢必成為主流技術。經濟部產業技術司近年來加速扶植本土供應鏈，工研院則對準半導體晶圓元件微縮的趨勢，成功開發了可專攻半導體前段鍍膜製程的ALD複合式原子層鍍膜設備。

根據工研院產業科技國際策略發展所估計，從2021年到2025年，ALD鍍膜設備的年複合成長率高達24.9%，遠勝於其他兩種技術的8%至10%成長率。

然而，半導體生產過程非常複雜，每個步驟都需要特殊設備。在步驟切換時，常常遇到傳輸耗時、汙染和品質下降等問題。為解決這些問題，工研院成功研發全球首創的高效雙模態原子層鍍膜系統（Hy-ALD）。這是一個多合一（All-in-one）系統，整合半導體前段鍍膜製程的多個步驟，以滿足下一代電晶體和記憶體的速度、低耗電需求。

過去國內原子層沉積設備一直仰賴國外大廠，然而在歷經疫情封城和美中科技對峙等事件後，全球半導體產業開始思考供應鏈韌性課題。為應對這個挑戰，工研院自主研發的高效雙模態原子層鍍膜系統，導入雙向流、脈衝注入控制等十件核心專利技術，並成功整合到機台中，不僅提高鍍膜品質和生產速率，還能滿足元件高深寬比和均勻沉積等需求。

此外，考慮到2050年淨零排放政策目標，企業日益關注節能減碳。這套系統透過多道製程合一的設計，並應用模擬技術，實現更加精確的製程控制，同時減少機台數量和廠房占用面積，以及用電量，可降低逾50%成本，成為半導體大廠實現節能減碳的重要解決方案之一。

與半導體設備大廠推出的製程優化系統相比，此系統適用於複合式原子層沉積，並可根據不同製程進行調整。其擁有眾多特點，極具競爭優勢，可大幅提升國產半導體鍍膜設備自製率，達到60%。不僅如此，還能縮短製程和維修時間，將維修時程從七天縮短到一天，同時降低晶圓被汙染的風險。

目前這套系統已與國內半導體設備商旭宇騰精密科技合作生產，預計未來可占據ALD鍍膜市場約10%，相當約新台幣84億元。將有助於台灣的次世代半導體鍍膜設備供應鏈，也為台灣在半導體產業中的競爭地位注入新的活力。

總結來說，台灣半導體產業正處於一個的重要轉折點，作為全球供應鏈的關鍵角色，正在積極應對這些變化，尤其是在半導體前段製程設備方面的發展。透過創新的ALD技術，將有助於提高半導體產業的製程效率、節能減碳，同時加強台灣在半導體產業的競爭地位。未來，技術創新將繼續推動半導體產業的發展，並在全球AI時代中扮演關鍵的角色。

（作者是工研院機械與機電系統研究所所長）