工具機應用於半導體產業領域之現況案例、布局建議與未來遠景
文／工研院產科國際所 陳佳盟
拓展商機、共創雙贏
近年來，我國工具機產業面臨著嚴峻的挑戰。一方面，中國大陸的工具機性能規格不斷提升，對臺灣產品構成了強大的競爭壓力；另一方面，日本工具機在日幣貶值後，價格優勢明顯，導致許多訂單流向日本。面對虎視眈眈的中國大陸市場，以及需要迎頭趕上的日本，國內工具機廠商必須積極開拓新的應用領域，才有機會突破重圍。半導體產業作為全球最受矚目的領域之一，臺灣擁有完整且強大的供應鏈。如果能打破目前在設備上依賴國外業者的局面，國內工具機業者將有機會利用這一契機，跳脫傳統市場框架，與高速發展的半導體產業共同創造最大綜合效益與市場價值。本文首先將整理國內外業界案例，解析工具機應用於半導體製程/設備之現況與動態，並進一步提出國內工具機業者進入半導體產業的策略建議與未來遠景。藉由這些分析與建議，我們希望能為國內工具機產業開闢新的發展道路，實現產業升級轉型。
工具機應用於半導體製程/設備之國外案例
觀察全球工具機應用於半導體產業之發展現況，目前以德日廠商的布局較為全面且產品線較為完整，因此本文將先針對德日廠商進行盤點與分析。
德國TRUMPF成功扮演半導體技術推動的基石，主因為其以強大的雷射技術領先全球，雷射對半導體業影響至關重要，例如在對矽晶圓進行切割以及鑽孔、陶瓷與玻璃等材料的切削微加工、電子元件產品的標籤記號，都是雷射可以派上用場的地方。在半導體前段製程使用到EUV曝光機設備時，內藏的雷射光源技術非常關鍵，目前半導體前段製程設備大廠ASML就與TRUMPF長期緊密合作，有專家評估未來十年ASML曝光機依然是其它競爭廠商如Nikon、Canon無法超越的對手。
半導體產業在製程上需要許多硬脆材料如石英玻璃、碳化矽等組成高精度部件單元，因此在硬脆材料上的加工能力即為工具機業者踏入半導體的著力點。日本DMG MORI在硬脆材料的加工上鑽研已久，推出的設備eVo系列與龍門工具機可適用各種尺寸的工件；超音波加工技術讓一些硬脆材料如石英、碳化矽、陶瓷材質能進行鑽孔、切削、研磨，使加工過程具高效率，亦提高刀具壽命，例如半導體製程CVD用的氣體擴散板、鍍膜用石英玻璃環、以及取放用的晶圓夾盤，DMG MORI均有相對應的工具機可滿足其加工需求。
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資料來源：DMG MORI
受惠AI、IoT等應用需求增加，半導體業帶來爆炸性的成長。日本Mazak對於開發複合功能型的工具機跟製程整合方面已有非常豐富的經驗，舉例來說，五軸複合工具機可以同時處理不鏽鋼和鋁材等材料，而這些材料常用於半導體設備的製作如真空腔體、傳動元件、製程單元；另一方面，除了推出的機種可以有效達到製程整合以外，使用Mazak的設備還能提供省電、自動化、無人化的工廠設備解決方案。
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資料來源：Mazak
半導體設備種類繁多，如曝光機、蝕刻機、清洗機等，從外殼架構到系統模組再到部件單元，大多要求高精度、高表面品質，於是能符合切削鋁材、不鏽鋼、硬脆材料，且能大量快速生產的工具機至關重要。日本Okuma有先進的設備產品線可以符合加工需求，如五軸加工中心、智慧型複合加工機、立式切削車床等。在每個工件部品都能依原先設計的方式去進行加工，如物料疊盤、腔體、螺桿、外罩等。
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資料來源：Okuma
日本半導體業在全球市場占比相對少數，目前市場主要集中在臺灣、南韓以及美國，因此日本工具機製造商主要鎖定在全球半導體設備商市場，目前市場占比達30%以上，臺灣、南韓、中國大陸的需求也持續在擴大。針對半導體設備內的元件製造如機器手臂托座、支撐架、大直徑載盤；設備結構的部分則是包括進料機架、板材、外殼等，日本Brother有各式各樣的工具機可以提供使用，如S系列的加工中心、M系列的複合加工機、F系列的高剛性機種等。
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資料來源：Brother
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工具機應用於半導體製程/設備之國內案例
準力機械為國內首家跨入半導體研磨領域，本業專精於各式精密磨床（NC、CNC、特殊加工機等），針對半導體需求，準力機械開發JL-D16雙面拋光機及雙面研磨機（二機一體），可以應付雙面、易翹曲之材料加工，如非金屬的矽晶圓、石英玻璃、藍寶石；金屬的氧化鋁、不銹鋼、銅等。也可以一次進行多片研磨，提升加工效率、減少成本；針對取放模組也可以客製化，根據客戶需求設計自動化工件取放系統；晶圓研磨後表面精度可小於1 um，在檢測方面容許線上的自動厚度偵測。
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資料來源：準力機械
G2C+策略聯盟由至聖工業（CSUN）、均豪精密（GPM）、均華精密（GMM），再加上策略聯盟夥伴創峰光電（TCF）、祁昌電測（UTRON）、視動自動化（VM）組成。這幾年G2C+聯盟均邀約東台東捷於國際展覽會展示半導體相關產品設備，為臺灣領先全球的封裝製程提供國產化的設備服務。聯盟內各家公司專精領域各有所長，志聖集團專注研究貼模/壓合、撕模及電漿清潔等核心技術，亦是半導體熱製程設備的專家，未來乘勢AI晶片發展的相關製程需求，讓至聖成為許多半導體客戶的首選；均豪專精於晶圓檢測自動化設備以視覺檢測為技術核心，在異質整合的晶片品質監控、表面缺陷檢測，都能為半導體檢測帶來創新與突破；均華以精密取放挑揀技術聞名，在InFOC、CoWoS先進封裝製程等高精度黏晶機、高速切單機均打入供應鏈；東捷針對IC晶片可進行雷射技術切割、修補等應用、東台精機推出許多可以對晶圓研磨加工的方案，適用於小批量生產，加工過程帶來極高的穩定性，並提供高精度、高效率。另外在製程封裝階段，東台精機亦提供雷射相關切割、鑽孔的解決方案，可完成多站高速鑽孔與任意形狀的晶圓切割任務。
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資料來源：東捷科技
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資料來源：東台精機
上銀科技及旗下的大銀微系統以傳動元件與馬達驅動系統為主打產品，在半導體產業不論是製程、檢測、廠務自動化皆需要滾珠螺桿、線性滑軌、軸承、減速機等零組件來負責傳動；上銀也針對半導體推出相關設備如晶圓移載系統、晶圓裝卸機、晶圓機器人、晶圓尋邊機。半導體布局方面，上銀科技已切入南韓、日本等半導體設備商與相關產線，加上近年來半導體相關投資與擴廠風氣盛行，有望能為上銀科技帶來新一波訂單。
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資料來源：上銀科技
百德機械自2019年併購英國公司Winbro，Winbro原先為專攻航太業引擎散熱氣孔的加工，藉由此次併購案，也讓百德機械掌握了放電鑽孔與雷射加工的技術，擺脫了以往傳統工具機的形象，以利進攻半導體產業。百德推出的用於半導體前端晶圓鑽孔機和半導體材料的高速切割機，其有著比同業更加快速的加工效率，成功接獲訂單，打入半導體供應鏈。半導體布局方面，百德機械也與Winbro產生互補作用，如先由國內廠房生產放電加工機，再運至歐洲進行雷射頭與電控等控制系統配置，直接就近服務歐美客戶，目前已為美國半導體龍頭客戶提供服務。
友嘉集團開發的超音波加工機能對半導體產業需要用到的硬脆材料如陶瓷材料與石英玻璃進行處理，主打高刀具壽命與強大的切削效能，解決一般傳統切削會產生的應力集中和加工碎邊。如超音波機台QMP-23U，運用高頻振動降低切削時的阻力，可以對硬脆材料做特殊加工如細孔、深孔等。半導體布局方面，友嘉集團也積極與國外合作，例如於美國底特律斥資建廠，針對美國半導體業者提供陶瓷加工技術的服務，有望一舉在美國半導體供應鏈站穩腳步。
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資料來源：友嘉集團
高峰工業過去本業為生產大型的加工設備，如各式龍門加工中心、鑽孔攻牙中心機、數控銑床等。近年來力求轉型，在開發設備上朝著體積小、精度高、單價高的方向發展，內部公司運作也已將齒輪設備事業部分割並成立聚大智能科技，可望對營收部份帶來正向挹注；半導體布局方面，初步採用併購方式，加速跨入半導體腳步；未來會切入半導體精細零部件設備領域，目前已鎖定國內相關半導體加工設備業者進行合作。
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資料來源：高鋒工業
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布局建議與未來遠景
對於臺灣工具機業者而言，布局半導體設備/次模組/零組件加工的策略建議與未來遠景如下，布局建議方面：
- 技術研發與創新：投資於研發新技術，提升產品的精度和效率，以符合半導體製程的高要求。
- 產業鏈整合：透過與其他供應鏈夥伴的合作，實現產業鏈的整合，提升整體競爭力。
- 國際市場拓展：除了在臺灣本土市場外，也應留意關注國際市場，尤其是半導體大國如美國、中國大陸等地。
- 人才培養：加強人才培育，提升員工的專業技能和產業知識，以應對半導體產業的快速變化。
- 政策支持：針對重要新興應用（例如半導體設備），設置專門的研發補助計畫，協助廠商與研發法人進行相關工具機產品研發以及協助業界與應用產業（例如半導體），合作建立工具機應用試驗場域。
未來遠景方面，藉由與國內半導體產業相關供應鏈合作，臺灣工具機業者有機會成為全球半導體設備的重要供應商，並進一步提升臺灣在全球半導體產業的地位。同時，也能帶動臺灣本土的相關產業發展，創造更多的就業機會和經濟效益；但這需要業者的長期投入和努力，並且要有足夠的耐心和決心，才能實現這個遠景。
