機電能源領域e-Manufacturing國外參訪計畫

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

機電能源領域 e-Manufacturing 國外參訪計畫

計畫類別： 個別型計畫 計畫編號： NSC94-2217-E-110-002- 執行期間： 94 年 08 月 01 日至 94 年 12 月 31 日 執行單位： 國立中山大學機械與機電工程學系(所) 計畫主持人： 蔡得民 報告類型： 精簡報告 處理方式： 本計畫可公開查詢 中 華 民 國 94 年 11 月 29 日

行政院國家科學委員會補助國內專家學者出席國際學術會議報告

94 年 9 月 17 日 報告人姓名 蔡得民 服務機構 _及職稱 國立中山大學機械與機電工程系_教授 時間 會議 地點 2005/8/8 ~ 2005/8/17 法國/德國/瑞士 本會核定 補助文號 NSC 94-2217-E-110-002 會議 名稱 (中文) 機械能源領域e-Manufacturing國外參訪 (英文) 發表 論文 題目 (中文) 國科會自動化學門介紹 (英文) 報告內容包括下列各項： 一、 參訪經過 二、 參訪 Si Automation 三、 參訪 SUSS MicroTec 四、 參訪 Fraunhofer-IISB

五、 參訪 Swiss Federal Institute of Technology Zurich (ETHZ) 六、 參訪 Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL) 七、 參訪心得與建議

機械能源領域 e-Manufacturing 國外參訪

鄭芳田1_、林則孟2_、蔡得民3_、黃漢邦4_、覺文郁5_、張培仁6_、黃鎮台7 1_{國立成功大學製造工程研究所} 2_{國立清華大學工業工程與工程管理學系} 3_{國立中山大學機械與機電工程學系} 4_{國立台灣大學機械工程學系} 5_{國立虎尾科技大學自動化工程學系} 6_{國立台灣大學應用力學研究所} 7_{國家科學委員會工程技術發展處} 一、 參訪經過 機械能源領域 e-manufacturing 國外參訪團由黃漢邦教授領隊，成員包含鄭 芳田教授、林則孟教授、蔡得民教授、覺文郁教授、張培仁教授及黃鎮台先生。 參訪團於 8 月 8 日由台灣出發前往歐洲，於 8 月 17 日回到國內，參訪對象包含： „ Si Automation：8 月 10 日參訪 Si Automation，該公司位於法國南方之 Montpellier，主要之產品為半導體晶圓厰之 EES (Equipment Engineering System)，FDC (Fault Detection and Classification)模組，晶圓厰製程資料 之萃取、驗證、管理與全廠線上與離線良率(Yield)控管應用等。

„ Suss MicroTec：8 月 12 日上午參訪 Suss MicroTec，該公司之總部位於 德國慕尼黑郊區之 Garching，主要之產品為半導體曝光、晶圓鍵合及探 針測試設備。

„ Fraunhofer Institute of Integrated Systems and Device Technology (IISB)：8 月 12 日下午參訪 Fraunhofer IISB，IISB 位於德國中部 Erlangen，主要 研發主題為半導體元件、電力電子及機電系統。.

„ Swiss Federal Institute of Technology Zurich (ETHZ)：8 月 14 日參訪 ETH 之 Institute of Robotics and Intelligent Systems (IRIS)。IRIS 現在的研究重 心是 Micro Robotics 與 Nano Robotics，傳統大型機器人與機電系統之研 發主要是作為教學用途。

„ Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL)：8 月 15 日參訪 EPFL 之 Center of Micro Nano Technology (CMI)。CMI 是由 EPFL 所成 立的半導體及微奈米系統研究及教學共用實驗室。中心支援 EPFL 及其 他學校共一百多個研究計畫之進行，及每年訓練兩百多位學生，但中心 本身並不獨立進行研究計畫，而是建好基礎設施及技術，提供優良之研

究環境給研究人員及學生。

各參訪行程之詳細資料及參訪心得於本報告之第二至第六節詳述。整體參 訪心得與建議於第七節說明，參訪團攜回國內之資料清單於第八節詳列。 二、 參訪 Si Automation

參訪團於 8 月 10 日參訪 Si Automation，該公司位於法國南方之 Montpellier， 當天的接待人為 Jean-Pierre BATISSE, Director of Operations; Abel MIKATI,

Executive Vice President; 與 Jerome LACAILLE, Scientific Research & Innovation Manager。

Si Automation 致力於提供半導體及相關產業之生產製程管控和良率提升等 軟體系統解決方案。其主要產品，Maestria®，為適用於晶圓廠之錯誤偵測與分 類(Fault Detection & Classification, FDC)解決方案，應用此套軟體，不僅可提升 生產力、降低營運成本，並可改善投資收益，以便帶來更大的競爭優勢。目前 Maestria®已為各大半導體製造商所採用(市場佔有率 32%)，做為提升廠區生產效 能的主要軟體工具。 „ Si Automation 公司之簡介如下: y 公司創立：西元 1987 年 y 公司型態：民間私人企業

y 總 公 司：95, rue Pierre Flourens

34098 Montpellier Cedex 5, France

Tel: +33 4 67 03 37 00 Fax: +33 4 67 03 37 20 y 業務暨技術支援部門：透過 Si Automation 直接的業務人力資源，與 遍佈歐洲、西南亞洲、日本、和北美等地的經銷商，Si Automation 產品銷售全球並提供全球化的技術支援，且 在竹科設一個連絡辦公室 y 國際認證：ISO 9001

y 推薦廠商：Altis, 超微 (AMD), 美敦力 (Medtronic), 希捷科技 (Seagate), Soitec, 義法半導體 (STMicroelectronics), 台積 電 (TSMC)

y 產 品： 工廠自動化、錯誤偵測與分類、良率管理與提昇等軟體 系統; 實作、 特殊設計、硬體認證等顧問諮詢服務; 及教 育訓練、維護與技術支援

y 產業活動參與：透過實際參與 Integrated Measurement Association、 SEMI Equipment Control Systems 和 Data Quality Task Forces 等組織之運作，Si Automation 主動積極投入定義

與持續發展半導體產業標準與指南等工作。 y 經營團隊：總經理 Richard Mousties

執行副總 Thierry Raymond & Abel Mikati y 聯 絡 人：Sandrine Benhassan (Si Automation, 法國)

E-mail: [email protected] y 網 址： www.siautomation.com

Si Automation 之現場簡報資料摘要整理如下:

„ EES 之目的在於協助晶圓廠縮短 Time-to-Market, 及 Time-to-Volume 之 時間;並在量產時能協助提高生產效率及機台使用率，如下圖所示:

„ Si Automation 所發展的 EES Framework 如下圖所示:

Short and Fast Yield Learning

Tool Level Real time Detection & Decision (FDC, R2R) High Level Online/Offline Integrated Applications

Data Management

FDC R2R ALM Mgt Yield Mgt

Tools data Process Facilites Metrology MES E-Test

„ EES 之主要輸入為 Data，為確保 EES 之品質，首先要確保其所輸入之 所有 Data 的品質，因此 Si Automation 定義了一個 DCQV (Data Collection Quality Value)之指標，且要求 DCQV 之值必須大於 95%才能進行分析。 其示意圖如下所示:

„ Si Automation 所發展的 FDC 模組具有下圖所示之功能:

„ Si Automation 所發展的 Yield Management 系統之示意圖如下所示:

„ 上圖所示之晶圓廠 Yield Management 系統需約 50 個 Agents 來共同完成 此 Yield Management 之任務，每個 Agent 之架構圖如下所示:

我方之簡報由鄭芳田教授代表報告自動化學門之 E 化製造規劃書及鄭教授 執行產學計畫有關 Virtual Metrology 之研究成果。Si Automation 聽完簡報後表示 對此 Virtual Metrology 之成果甚感興趣，並有要求技轉之意願。可是由於時間有 限無法深入討論。Si Automation 表示將等本參訪團回國後，指派該公司駐台辦 公室代表曹忠勇先生與鄭芳田教授連絡，討論未來合作與技轉的可能性。

補充說明:

本次 e-Manufacturing 國外參訪計畫，原規劃亦包含位於美國鳳凰城之 Intel 公司及奧斯汀市之 ISMI (International Sematech Manufacturing Initiative) 組織。 然而由於經費匱乏，只好取消此二處之參訪。因為此二處亦是國外

e-Manufacturing 研究之重鎮，如不去訪問並收集資料，實在可惜;所以鄭芳田教 授利用 7 月 31 日至 8 月 2 日在加拿大 Edmonton 市執行國際合作計畫與發表論 文之便，自行順道去參訪位於美國鳳凰城之 Intel 公司及奧斯汀市之 ISMI 組織。 現將參訪結果綜整如下。

8 月 3 日參訪位於美國鳳凰城之 Intel 公司，接待人為 Dr. Mani JANAKIRAM, Manager of Analysis & Visualization; 及 Lisa M. PIVIN。在會議中鄭芳田教授向 他們簡報自動化學門之 E 化製造規劃書，而 Mani & Lisa 則簡報 ITRS

(International Technology Roadmap for Semiconductors)有關 Factory Integration 之 2005 年版 Roadmap。此簡報芳田有收集到其 PDF 檔，並分享給本參訪團之所有 成員。

8 月 4 日參訪位於美國奧斯汀市之 ISMI 組織，接待人為 Dr. Bradley Van ECK, Fab Productivity Program Manager; Steve FULTON, Project Manager of Fab

Productivity; Harvey WOHLWEND, Manager of e-Manufacturing; 及 Gino G. CRISPIERI, Member Technical Staff of e-Manufacturing Development。在會議中鄭 芳田教授向他們簡報自動化學門之 E 化製造規劃書，而他們則簡報 ISMI 有關 e-Manufacturing 之研發現況及爾後之 Roadmap。此簡報鄭教授有收集到其 PDF 檔，並分享給本參訪團之所有成員。 三、 參訪 SUSS MicroTec SUSS MicroTec 是世界級的精密技術供應領導者，成立於 1949 年，提供市 場許多研發解決方案包含進階封裝(Advanced Packaging)、微機電(MEMS)，奈米 技術(Nano- technology)、化合物半導體(Compound semiconductor)、絕緣層上矽 晶(Silicon-On- Insulator)及 3D 連線(3D interconnect)。SUSS 生產製造包含光阻和 介電質塗佈/烘乾/顯影系統、微顯影曝光系統、晶圓和元件連線、感測器、光罩、 清潔設備與蝕刻設備的生產線。SUSS 產品的優秀製程控制與擴充性是被公認 的。至今安裝超過 7000 套設備。集合大量生產及低量 R&D 環境，SUSS 設備能 輕易的轉換實驗室發展到大量生產。依據它的高品質設備以及技術領導解決方 案，SUSS 是連續多年被評價為 VLSI 中顧客滿意度最高的 Top Ten。SUSS 產品 包含有：

„ Spin/Spray Coating(Manual & Preproduction, Automated/Fab Automated) „ Wet Processing(Cleaning, Etching, Lift-off)

„ Inspection

„ C4NP(Controlled Collapse Chip Connection New Process) Process Tools „ Substrate Bonding

„ Testing

„ Device Bonding (Flip Chip) „ Nanoimprint Lithography SUSS 的服務依全球市場需要全球設點。SUSS 以鄰近德國慕尼黑為總部， 並控制全球的五個生產據點。全球分公司：日本橫濱、大陸上海、台灣新竹、 泰國曼谷、英國、法國、德國、美國亞利桑那州、美國佛蒙特州。SUSS 總是使 用對方的語言親近客戶，有超過 30 個分公司在全球提供銷售/服務。SUSS 工作 人員提供全球一千多家客戶精密設備、製程技術及專家建議。SUSS 的客戶了解 相關需求，包含確保在今天動態市場的機會、特徵化。藉由永遠的較高要求及 創新高技術解決方案。然而，最重要的是，他們對夥伴的信賴是建立在 SUSS 廣泛的專家技術、全球服務基礎建設之架構、應用方案、教育訓練以及備援零 件。此外 SUSS 提供售後廣泛多樣化支援方案以滿足最苛求的生產需求，譬如說 地區備用零件庫存選項、Man-On-Site 選項、應用支援&製程發展潛力，詳細的 服務訓練、操作者檢定及使用者訓練。 針對設計及製造微機械及電子結構的快速成長的新技術以及製程，較小的 尺寸、加強電子特性及低成本是一些重要理由。今天少量的技術循環已經被設 定在改變世界上可能的定律。奈米技術允許在奈米等級的元件製造、當新的封 裝技術在電通訊上致使新功能的多樣化以及 DVD 播放機、數位相機或手錶等消 費性產品。SUSS MicroTec 提供強健的產品組合，特別是這些新興技術與市場， 譬如進階封裝、MEMS 及奈米技術、光電元件及複合半導體。 進階封裝：IC 封裝的演化是被接腳數量增加、改變晶片性能和封裝係數的 嚴苛需求所驅動。因此，如晶圓碰撞、襯墊重新分佈及被動整合等技術是漸漸 地扮演進階 IC 封裝的重要角色。進階封裝不像傳統使用線連結的封裝技術，且 需要類似的前段晶圓製程設備。然而在封裝上的技術需求，相對於前段技術， 解析度及層對層對準精度是較少瓶頸。SUSS 被選為封裝應用上特殊微影設備供 應者，是因為其在進階封裝上超過十年的經驗。SUSS 的產品包含塗佈以及顯影 系統，如到達 300 mm 晶圓尺寸的 1XFFL 曝光機。曝光機及塗佈機兩者是被訂 做為厚光組應用，如廣泛應用在進階封裝及具吸引力的擁有成本。 MEMS 及奈米科技：MEMS 已經改變了感知與控制物理世界的方式。它們 對日常產品的性能與完整性已經真實的衝擊。微小加速規預防車禍、微噴嘴引 導噴墨印表機的墨水、微鑷子與數以百萬可移動的反射鏡被使用在投影晶片。 為了使產品輕量化、低價化及精密化，今日發展的低成本奈米結構生產解決方 案，將是明日半導體業及光電業的驅動力。尤其奈米轉印，一種使用於奈米比 例圖案於晶片表面標誌設計，已經被發展來創造次波長光學元件。SUSS 已經將

自己定位在被承認的高良率 MEMS 製造和測試設備的領導者。

化合物半導體：根據銦化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)及磷化銦(InP)等材料系統 的化合物半導體元件，是高速及無線電子領域支配貢獻者。它們也被使用於製 造光電元件，比如二極體雷射與發光二極體。其它相關化合物材料包含被使用 於表面聲波濾波器的鈮酸鋰 (Lithium Niobate, LN)/(Lithium Tanalate, LT)以及陶 瓷與玻璃材料。SUSS 是一家針對化合物半導體市場以建立的設備供應者，且提 供無與倫比類別專用設備於成功處理與測試這些挑戰性的材料。所有的 SUSS 產品及實驗室系統是針對化合物半導體元件製造與性能強化等大量未來需求被 供應。 SUSS 目前每年產值約兩百億台幣，其中 20%是銷售給台積電、聯電等台灣 廠商，其市場占有率相當穩定，目前專注在奈米轉印的研究上。SUSS 2005 年全 球銷售額為 11.29 億歐元，較 2004 年成長 22%，預計 2005 年會再成長 6%。SUSS 台灣分公司全公司大約有 50 名員工，主要負責設備銷售及維修。

本次參訪非常感謝 SUSS 台灣分公司總經理 Eddie Tan 陪同到 SUSS 慕尼黑 總部參訪，全程約花了半天時間，Eddie Tan、CFO Mr. Stephan Schulak、Mr. Dresden 等高級主管親自參與簡報與帶隊參觀。

SUSS 目前針對相關奈米轉印微影設備，正在建立一套完整系統(NPS300)， 此系統為光機電整合系統，可手動及全自動操作。此系統為是由歐盟所支援的 NAPA 四年期計畫，也是 SUSS 的第一個奈米科技產品，SUSS 預計投入五億台 幣，目前參與的單位有瑞士聯邦理工大學(洛桑 EPFL)、多個德國研究機構及 SUSS 核心夥伴(VTT、NRMC-NIL、NMR-CMG、mrt、IBM 及 LASS)等單位， 此計畫預期在 2006 年結束，2007 年上市。NSP300 關鍵特徵如下：

„ Sub-20 nm embossing capability „ Stamp-to-wafer alignment: 100 nm „ Overly Accuracy: 250 nm

„ High Accuracy Alignment: 20 nm under development „ Template/Stamp size 50~60 nm up to 100 mm

„ Substrate ≤ Sq.200 mm (∅300 mm)

„ Pre-Leveling accuracy 20 µrad, Self leveling(while applying imprinting force)

„ Automatic stamp pick-up

„ Manual or automated loading/unloading

„ Imprinting Arm (Force: 5N~4,000N, Z resolution: 50 nm, Pre-leveling < 20 µrad, Self-leveling system)

目前市面上微奈米產品仍然相當罕見，市場對於微奈米相關產品之需求亦 不大，但是 SUSS 非常看好相關產品之未來發展，因此對於微奈米技術投資非常 大。對於微奈米科技的支持，除了 SUSS 本身的投資，瑞士政府、德國政府及 NAPA 也投入相當多的資源及經費。由於微奈米科技所需要的經費相當龐大，要 投入此方面尖端科技的研究，不但必須有廠商的投資，更需要政府單位的協助。 對於本次參觀所見技術及產品，目前國內的相關關鍵技術已具備，但是大 多分散在許多單位，對於技術及設備的整合相當缺乏。由於微奈米科技所需要 的研發經費相當龐大，建議由政府出資協助整合。經由政府的整合，台灣才有 機會出現如 SUSS 等大型的微奈米科技設備廠。

四、 參訪 Fraunhofer Institute of Integrated Systems and Device Technology (IISB) 參訪團於 8 月 12 日參訪德國的 Fraunhofer-IISB。IISB 研究所成立於 1985 年，所長 Heiner Ryssel 博士是由 Erlangen-Nuernberg 大學電子設備系講座教授 擔任，有正式員工約一百位左右。IISB 研究所主要致力於發展半導體製造所需 的新設備與製程、製程模擬軟體，並且亦發展電力電子系統。IISB 研究所的組 織計有成立技術模擬、半導體製程與設備、奈米科技研究、晶粒成長研究與電 力電子領域等五大研發部門。 各部門介紹如下： „ Technology Simulation 此研發部門主要是發展離子佈植、固態擴散、氧化、微影、蝕刻、沉積 與化學機械研磨法等的模型與模擬以應用於半導體製程上。研究發展主 題有： y 蝕刻與沉積模擬 (暗紅色部分是鈦與銅沉積蝕刻在電介質裡的模擬)

y 微影技術模擬

由 IISB 與軟體商 SIGMA-C 合作開發的軟體 SOLID-C，已變成一個 在工業上與政府相關研究部門的標準化工具，應用包括最佳化處理 視窗，最理想光罩設計與可加入實驗數據的光阻模型。 (最小的尺寸是 250nm) y 擴散模型 模擬基本機制，例如在 RAPID 與 FRENDTECH 研究範圍中的暫態 現象，說明暫態擴散增強。 (黃色:玻璃基板，藍色:鉻吸收材，白色:空氣)

(從白色到藍色是高強度到低強度，波長是 248nm)

(模擬層的光相)

y 離子佈植與裝置模擬

縮小尺寸和裝置結構時，考慮 3D 模型於精確模擬製程與設備:

(0.16 μm STI PMOS 電晶體下的電流密度模擬分佈)

„ Semiconductor Manufacturing Equipment and Method

這部門的主要任務為支援工業發展與升級為新的製造設備、材料與相關 的製程，包含裝置、元件、材料、製程自動化與控制、設備與汙染試驗 的發展與最佳化，並且發展量測系統、控制方法與設備的認證。提供 150mm 到 300 mm 晶圓設備發展用途的清洗方法實驗室，一個完整的測 試實驗室作為工業夥伴的設備發展與評估。研究發展主題有： y 整合性量測、原處或線上量測與控制技術發展 y 進階設備與製程控制 y 虛擬設備工程

y 製程設備的評估與認證 y 新材料的評估 y 污染與製程的相容性評估 (材料與汙染的研究) y 清洗方法(晶圓，FOUPS，材料，製程腔體) y 小型環境科技 y 多媒體支援系統 y 工業製程的最佳化與自動化： 效能與成本分析、安全性、提高生產力與 Fab-IT 結構。 y 最佳化環境與資源的製造方法 y 提供完整的晶圓改善

„ Nanotechnology and Semiconductor Processing

此研發部門主要研究和發展新形態奈米電子材料、新理論和進階製程步 驟，以應用於 ULSI 裝置。主要擁有五部離子加速器的離子佈植實驗室， 分析氣體、半導體晶圓與流質用儀器。研究發展主題有： y 新材料的沉積與結構化 可提供近一千平方公尺的實驗室將 CMOS 相容技術使用於新材料的 研究和測試上。 y 離子佈植 提供應用於功率裝置的離子佈植(例：鎵，鋁)、低能系統以應用於 製造 p-n 接合，與高能佈植以應用於 CMOS 裝置。

y 奈米分析與電氣特徵描述 多樣性的物理分析與電子量測技術(例：REM，TEM，FIB，ELYMAT， XPS，SNMS，SIMS，AFM，ToFSIMS 等) y 測試結構、功率元件與感測器 使用現代化 CAD 做功率裝置的設計，進一步以創新方法進行被動式 元件的整合，並且發展完整量測與控制系統提供工業夥伴使用。 y Focused Ion Beam (FIB)技術提供次 100 nm 尺寸材料的移除、導體與

絕緣層的沉積與製程控制。應用層面包括如下：

設計變更的快速驗證、金屬線藉由 FIB 銑削或是氣體增強蝕刻，裝 置的重新配線藉由新金屬互連的 FIB 沉澱、破壞分析、薄板上的構 造物經由 FIB 允許 TEM 和高解析 EDX 分析、奈米結構等。

(破壞分析截面圖)

(材質形成過程經由 FIB 作用下，可快速形成有著 良好幾何形狀的奈米構造物)

„ Crystal Growth 此部門發展與最佳化晶粒成長所需之設備以應用於微電子、通訊科技、 醫療、光學等領域並且包含了實驗分析、量測與電腦模擬。主要設備： 多部於真空、高壓環境下的熔爐，小尺寸晶粒成長與製作樣本用熔爐， 多部光學／紅外線顯微鏡，晶圓光譜的繪製系統，晶圓表面分析儀器， Hall 量測系統，使用 CV、DLTS 與 TSC、PICTS 技術的量測系統，研 究熱力學和運動特徵用設備，樣本製作用晶圓研磨、切割與拋光設備， 蒸鍍設備，濺鍍設備。主題有： y 發展大量晶粒成長所需之設備 y 發展與應用模擬軟體於高溫設備、晶粒成長、固化製程領域 提供使用者友善的模擬軟體以計算高溫設備中的整體熱能與質量傳 遞。 y 原處量測熱能與質量傳遞的技術 在製程分析方面，特別是設備中熱能與質量傳遞方面。 y 關於結構、光學、電子、熱學方面特徵描述 提供許多方法描述晶粒的電氣與光學特徵。 y 矽：300 mm Czochralski 長晶的原處分析與破裂工程。

y III-V 化合物半導體：低缺陷的 GaAs、InP 與大量 GaN 成長。 y 光學材料與材料科學

(氟化鈣結晶，作為 DUV 微影技術所需的鏡片)

„ Power Electronics

此研發部門有於工業與汽車電子中電力電子所有領域的電路與系統設 計，進一步的主題是系統的最佳化、省能與最佳化效率的創新解決方

案、電力電子裝置特徵描述與裝置模型的量測技術。在電力電子系統領 域中，IISB 是應用導向的研發工業與 SEMs 的強而有力夥伴，專注於提 供功率轉換與功率裝置的創新系統解決方案。研究發展主題有： y 汽車電子 y 高功率密度轉換器(DC/DC、AC/DC) (車用 12V — 42V 4kW 雙向 DC/DC 轉換器) (未來的車用高功率 DC/DC 轉換器)

(燃料電池車輛用 DC/DC 轉換器) y 機電系統整合 (馬達與變頻器的機電整合) y 節能與最佳化效率的創新解決方案 y 低成本的電子電路與安裝觀念 (最佳化散熱的低成本變頻器) y 智慧型功率模組 (智慧型功率模組 — 機電整合的變頻器) y 主、被動式元件與聯結元件的多功能整合

(印刷電路板技術方面的多功能整合) y 熱傳系統工程與系統特徵描述、標準與熱電系統模擬 y 應用於機械人與醫療系統的智慧型致動器 y 電力電子量測系統 y 嶄新裝置(例如 SiC)的應用、特徵描述與模型 y 工程與製造的驗證 y 提供電力電子與機電領域的進階訓練

五、 參訪 Swiss Federal Institute of Technology Zurich (ETHZ)

參訪團於 8 月 14 日參訪 ETHZ 之 Institute of Robotics and Intelligent Systems (IRIS)，IRIS 屬於 Department of Mechanical and Processing Engineering，實驗室 主持教授為 Prof. Brad Nelson。

IRIS 現在的研究重心是 Micro Robotics 與 Nano Robotics，傳統大型機器人 與機電系統之研發主要是作為教學用途。

教學內容分為三大部分：

„ Introduction to Robotics and Mechatronics (R&M)：to construct and experiment with a 2DOF manipulator，包含

y Data Acquisition y Sensor Modeling y Digital Filtering y Control

y Basic Kinematics Principles „ Theory of R&M：

y Kinematics

y Inverse Kinematics y Control

y Visual Servo control y Robot Arm

„ Advanced R&M Systems：emphasize solving problems through combination of hardware and software，包含

y Product Cycle y Capstone

Micro Robotics 或稱 Bio Micro Robotics 內容分為 10 個主題： „ Micro Robotics for Handling Biological Cells

y In Vitro Fertilization y Transgenic organisms y Cell Injury Studies

„ MEMS Based Multi-Axis Cellular Force Sensor

„ Modeling Zona Hardening of Membrane Based on Protein Cross-linking

„ Micromechanical Flying Insect

„ Robotics for Minimally Invasive Surgery

„ Micro-assembled Micro Robots

„ In Vivo Magnetic Micro Robots

Nano Robotics 內容分為 5 個主題：

„ Nano Coils and NEMS

„ CNT-based NEMS Actuators y Electromagnetic Actuation y Electrostatic Actuation

„ Dielectrophoretic Nano Assembly of Nanotubes onto Nanoelectrodes

IRIS 詳細研究資料請參考網站www.iris.ethz.ch及參訪團攜回國內之檔案資

料。

六、 參訪 Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL)

參訪團於 8 月 15 日參訪 EPFL 之 Center of Micro Nano Technology (CMI)。 CMI 是由 EPFL 所成立的半導體及微奈米系統研究及教學共用實驗室。中心支 援 EPFL 及其他學校共一百多個研究計畫之進行，及每年訓練兩百位學生，但中 心本身並不獨立進行研究計畫，而是建好基礎設施及技術，提供優良之研究環 境給研究人員及學生。

在英國 The Times 對全球大學的評比中，ETHZ 排名第 10，EPFL 排名第 32。 EPFL 共分五個學院，CMI 隸屬於 Engineering Sciences and Technologies (STI)中， 主管教授是 Prof. Philippe Renaud，並聘有 15 位全職人員負責發展製程技術及設 備維護，值得注意的是全職人員其中有四位擁有博士學位。 CMI 之無塵室是微電子與微奈米系統技術共用，無塵室面積共 860 m2，其 中 Class 100 佔 290 m2_{，是主要製程空間；Class 1000 佔 140 m}2_{，是走道及實驗} 空間；Class 10,000 佔 430m2_{，為設備區。整個實驗室的開支每年約 480 萬瑞士} 法郎，其中消耗品及水電共 180 萬瑞士法郎，人員薪資 100 萬瑞士法郎，設備 投資 200 萬瑞士法郎。但是實驗室收入為 100 萬瑞士法郎，每年虧損 380 萬瑞 士法郎（約台幣一億）由 EPFL 支付。CMI 現有之資本投入已達 3,000 萬瑞士法 郎。 CMI 中所開發的製程技術包含： „ Microelectronics processes

y proximity/contact double side lithography y plasma etch, wet etch

y oxidation, diffuseon, LPCVD y PECVD, PVD

y CMP

y metrology + SEM „ MEMS processes

y deep anisotropic Si etching y bulk micro-machining y electroplating

y wafer bonding

y sacrificial layer technology y SU8, polyimide, new polymers y Packaging

„ Nanotechnologies

y Dual beam (FIB &SEM) y e-beam lithography (2005) CMI 並提供使用者訓練教學： „ Half day “Introduction course”

y safety training

y behaviour in the clean room y CMI general rules

y clean room and facilities tour „ One hour “Technological Committee”

‧ detailed discussion about process ‧ materials compatibilities ‧ process Flow ‧ run card ‧ layout „ Equipment training y individually

y quick and flexible

y in average 1 hour per equipment „ Permanent staff support in the clean room

y improvement of existing processes y maintenance of the equipments y check users’ activities

y install and qualify new equipments y optimize equipment availability

CMI 有相當完善的管理系統，主要的功能有： „ CMI website

„ CMI reservation system

„ CMI equipment access control „ CMI invoicing system

相關細節請參考所攜回之資料檔案。

CMI 整體的結論，此處引用其實驗室營運主管 Dr. Phillipe Fluckiger 的報告 資料：

y CMI is a technological platform in the field of micro- and

nanotechnology with a good balance between teaching activities, academic research and industrial research

y CMI has a high level of equipment and a professional staff

y CMI is dealing with MEMS, Microelectronics, Material Sciences and Basic Research

y CMI is working in close collaboration with many external institutions y The clean room is currently used by 30 laboratories and 11 private

companies

y 113 projects have been realized in 2004

y The research activity at CMI has increased by 25% in 2004 compared to 2003

除了參訪 CMI 以外，Dr. Phillipe Fluckiger 並邀請幾位使用 CMI 設備之研究 人員簡要說明其研究近況。與會人員包含 Dr. Jurgen Brugger、Raphael Fritschi、 Marc Pastre 及 Marco Mazza，其研究摘要整理如下：

y Micro tools for nanoscience y Nanoscale surface patterning y Polymer microsystems

y Ultra-thin silicon cantilever y Nanoscale dispensing y Scanning AFM nanostencil

„ Raphael Fritschi (Electronics Laboratories, LEG) y Metal surface micromachining process

y RF MEMS tunable capacitor y L&C MEMS co-integration

y Digital distributed MEMS variable true time delay line „ Marc Pastre (Electronics Laboratories, LEG)

y Analog and mixed-signal circuit design techniques y Device-level engineering: physics and technology y Advanced silicon technology

y CAD and device modeling

„ Marco Mazza (Electronics Laboratories, LEG) y MEMS resonator fabrication on thin SOI

y a resonant suspended-gate MOSFET detection system 七、 參訪心得與建議 本次參訪時間恰好在七月底八月初，歐洲公民營機關，學校及研發機構幾 乎都處於休假狀態。幸好事先聯絡妥當，才得於順利訪問。雖然歐洲國家，每 週上班五天。但，很多人於星期五中午以後即離開辦公室。實質上，一年十二 個月只上班十個半月，一週七天只上班四天半。縱然如此，他們的競爭力並未 下降，國民所得仍遠高於我們。根據最新調查，我國人民是全世界最勤勞的民 族，工作時數比日本人多一個小時。何於歐洲人在輕鬆生活中仍能維持高度競 爭力? 根據觀察有下列原因: „ 基礎環境建設及法令規章已相當完備，各方的努力不會產生內耗及互相 抵消的情形。 „ 科技基礎相當深厚，前瞻及應用研究事半功倍。 „ 科技發展根據該國家的特點，針對有潛力的項目專注投入發展，資源集

中、人才集中。 „ 著重知識經濟，以高附加價值科技為發展對象。 „ 大致而言，工作效率頗高。 本次參訪主要包括 法國、德國及瑞士；瑞士的土地面積與台灣相當，人口 比台灣少，但國民所得水準遠超過台灣。除了發展觀光旅遊業外，目前經濟發 展以精密機械、生物化學為主。另外，目前也集中資源於奈米科技上，重點發 展單位為 ETH，EPFL、CSEM 等單位。瑞士在發展高科技工業，以資源集中、 重點集中為主，不考慮齊頭式發展。而台灣因在土地、天然資源方面與瑞士相 似，其成功的經驗可做為台灣的借鏡。 八、 攜回資料名稱及內容 機械能源領域 e-manufacturing 國外參訪團共攜回國內 5 項資料，資料名稱、 核心內容及保存地點詳列於下： „ Si Automation 公司簡介 y 核心內容：Si Automation 公司技術及產品簡介。 y 保存地點：鄭芳田、林則孟、蔡得民、黃漢邦、覺文郁、張培仁、 黃鎮台。 „ Suss MicroTec 公司資料

y 核心內容：Suss MicroTec 公司產品簡介、nanoimprinting stepper 相關 資料。

y 保存地點：鄭芳田、林則孟、蔡得民、黃漢邦、覺文郁、張培仁、 黃鎮台。

„ Fraunhofer-IISB 資料

y 核心內容：Fraunhofer IISB 研究簡介資料，含研究所整體技術介紹、 technology simulation、focused ion beam applications、nanotechnology and semiconductor processing。

y 保存地點：鄭芳田、林則孟、蔡得民、黃漢邦、覺文郁、張培仁、 黃鎮台。 „ ETHZ-IRIS 資料 y 核心內容：ETHZ-IRIS 研究教學簡介投影片檔案(60MB)。 y 保存地點：鄭芳田、林則孟、蔡得民、黃漢邦、覺文郁、張培仁、 黃鎮台。 „ EPFL-CMI 資料

y 核心內容：EPFL-CMI 設施及營運資料投影片檔案(27MB)。

y 保存地點：鄭芳田、林則孟、蔡得民、黃漢邦、覺文郁、張培仁、 黃鎮台。

„ ITRS 資料

y 核心內容：ITRS 有關 Factory Integration 之 2005 年版 RoadmapPDF 投影片檔案(373KB)。

y 保存地點：鄭芳田、林則孟、蔡得民、黃漢邦、覺文郁、張培仁、 黃鎮台。

„ ISMI 資料

y 核心內容：ISMI 有關 e-Manufacturing 之研發現況及爾後之 Roadmap PDF 投影片檔案(313KB)。

y 保存地點：鄭芳田、林則孟、蔡得民、黃漢邦、覺文郁、張培仁、 黃鎮台。