產學合作研究計畫
計畫名稱：願景實現計畫:以前瞻性計算法、材料、計量法推動半導體技術
計畫主持人：國立清華大學 台積電-清大聯合研發中心 林本堅特聘教授
合作企業：台灣積體電路製造股份有限公司
成果介紹：

國科會產學合作計畫「願景實現計畫：以前瞻性計算法、材料、計量法推動半導體技術」，從運算架構、材料、計量方法著手，協助產業提前佈局未來 10 年的前瞻技術。

隨著摩爾定律逼近物理極限、系統整合與客製化晶片需求快速成長，半導體產業正來到了關鍵分水嶺，從過去以技術為中心（Technology Driven）轉向未來以產品應用為中心（Application Driven）。而在全球半導體業扮演領頭羊角色的臺灣，若要在這場由 AI 與異質整合主導的新賽局中持續領先優勢，就必須提前部署下一個世代的技術版圖。

在此背景下，國立清華大學攜手台積電共同推動國科會產學合作計畫「願景實現計畫：以前瞻性計算法、材料、計量法推動半導體技術」，由清華大學半導體研究學院院長、中央研究院院士林本堅擔任計畫主持人，集結清華大學電機工程、資訊工程、化學、電子工程、光電工程及半導體研究等不同領域的 13 位頂尖教授，從願景運算、願景材料、願景計量三大面向展開系統性研究，協助台積電提前佈局未來 10 年必須掌握的前瞻技術，並為臺灣打造下一個世代的半導體競爭力。

分項A：為晶片打造下一世代的願景運算架構

分項計畫 A 聚焦願景運算，就是研究未來的運算架構該如何設計，才能在製程微縮趨緩的情況下，仍持續滿足硬體對高效能與低功耗的需求。

國立清華大學電機工程學系 黃朝宗 教授介紹分項計畫 A 的願景運算

國立清華大學電機工程學系教授黃朝宗表示，願景運算計畫可分為兩大方向，一是記憶體內運算（CIM）、感測器內運算（CIS）、仿神經網路運算（NC）」等新興的類比運算架構，試圖突破運算效能的極限。二是先進嵌入式運算（AEC），運用越來越強大的數位晶片運算能力，實現更創新、多元的應用。

黃朝宗以自身研究為例，他在台積電 16nm FinFET 數位晶片上進行影片超解析的數位運算，能將模糊或低解析度的影像，轉換成比較清楚或高解析度的影像。實測顯示，一部 Full HD 影片可被提升至 8K 解析度、影格率（frame rate）從 30fps 提升到 60fps，且耗電量不到 1 瓦。若未來商用之後，有機會改變現行的影音串流模式，服務供應商可以只傳輸低解析度的影片，再由電視、手機等接收設備轉換成高解析度，大幅節省傳輸頻寬和時間。

圖說：團隊中研究生林章寶說明如何利用晶片運算提升影片解析與效能

分項B：願景材料創新，建立臺灣 EUV 負光阻材料專利布局

分項計畫 B 的重點是研發新型極紫外光（EUV）負光阻材料，並建立材料光蝕刻的測試平台，目標是建立屬於臺灣的關鍵材料專利佈局，一方面降低國內半導體產業對日本材料供應商的依賴，另一方面則是突破傳統材料在散熱和漏電上的限制。

圖說：國立清華大學化學系 劉瑞雄 教授介紹分項計畫 B的願景材料

負責領導材料研發的國立清華大學化學系教授劉瑞雄指出，本次計畫促成一座先進光阻材料合成實驗室的成立，實驗室以金屬氧化物為核心，研發各種 EUV 負光阻材料，並與瑞士 PSI 中心合作進行 EUV 曝光測試，經過反覆實驗後，目前團隊所研發出來的 EUV 光阻材料已經可以將線邊緣粗糙度（LER）控制在 2nm 以下，甚至達到 1.6nm 的水準，優於一般標準的 3nm。且使用電子束（E-beam）模擬EUV曝光進行光刻測試，可以將線寬縮小到 15nm，未來目標將挑戰 10nm 以內。

目前，劉瑞雄團隊已經向美國和其他地區提交了 6 項專利申請，並持續調整材料配方、降低有機成分，以提升抗蝕刻能力，進一步強化其在先進製程中的應用潛力。

圖說：展示以 EUV 曝光取得之 HP18 奈米線條圖形，並呈現不同能量下的線寬與 LER 表現。

分項C：打造可用於先進微影系統的願景計量技術

分項計畫 C 著重於願景計量技術，同分項 A 一樣有兩大研究重點，第一個是開發一種全新的微型感測器陣列，也就是可以精準量測極紫外光、深紫外光、電子束、離子束等不同類型曝光源的微小感測器。

「此感測器的量測範圍非常廣，不只能偵測曝光源的強度、曝光量均勻性，還能量測影像的關鍵尺寸、尖銳度、影像邊緣位置等重要參數，」國立清華大學電子工程研究所所長林崇榮說明，而且因為體積相當小，可以直接嵌入到製程中，使晶圓廠可以在線取得或從晶圓上測量相關數據，確保曝光源的均勻性和穩定性，進而提高製程穩定性及縮短開發時程。

第二個是開發 EUV 薄膜的量測平台，有效量測 EUV 薄膜的物性、化學性及導熱特性，從而篩選出最具穩定性的 EUV 薄膜配方，以避免因微粒附著於 EUV 光罩而造成的製程失敗或損失。

國科會打造跨域整合平台，加速前瞻技術落地

在計畫推動的過程中，國科會不僅提供資源，更加速促成了跨領域整合。劉瑞雄指出，國科會帶來的最大價值，不只是經費挹注，而是建構了一個能讓學術研究貼近產業需求的高階技術平台。

劉瑞雄特別強調，林本堅院士在其中發揮了關鍵影響力。林本堅憑藉多年半導體產業經驗，適時調整了團隊的研究重點，從學界慣常追求的高感光能量，轉向更聚焦於縮小線寬、改善線邊緣粗糙度等業界關注焦點，使技術能夠真正落地並具備商業價值。

此外，透過每月定期的進度檢視，不僅促進化學、電子工程等不同領域的計畫參與者進行深度交流，提升了研發精準度，也讓學生在一次次實驗中養成對微粒控制、潔淨度等細節的高度敏感度，彌補單純電腦模擬所無法提供的實作經驗，為台灣培育具備即戰力的半導體人才。

對此，黃朝宗亦感受深刻。他表示，本計畫長達 5 年的研發期程，創造了完整的研發人才養成環境，也讓研究團隊可以循序漸進完成研究：初期先專注掌握 FinFET 製程特性，之後再導入運算架構。如此一來，不僅讓研發過程更順利，也能縮小產學間的人才落差。過去礙於資源有限，即便產業風向早已轉至 FinFET 製程，學界還是只能以平面式 CMOS 製程為教學基礎，如今透過本計畫將業界主流製程帶入校園，可以有效縮小學術與產業之間的人才與技術落差。

「願景實現計畫：以前瞻性計算法、材料、計量法推動半導體技術」在國科會支持下，不僅讓學術研究更貼近產業現場，也培育出能掌握未來趨勢的新世代半導體人才，加速推動臺灣半導體產業布局未來十年的關鍵技術。