微影製程一直是半導體製程微縮的過程中，最難攻克的技術關卡。為了在晶圓表面生成線寬僅數十奈米，甚至數奈米的圖形，半導體業界必須使用更昂貴、更複雜，也更耗電的微影設備。因此，能自動生成奈米級圖形的材料，例如定向自組裝(Directed Self Assemblying, DSA)材料，具有十分可觀的發展潛力，也成為半導體材料大廠默克(Merck)積極發展的目標。默克預估，DSA材料將在三奈米製程進入應用階段，並改寫過去幾十年來半導體微影製程只有「由上而下」的典範。
默克薄膜科技資深副總裁冉紓睿(Surésh Rajaraman)表示，為了在晶圓表面創造出奈米等級的細微線路圖形，半導體製造商必須使用極為昂貴的極紫外光(EUV)微影設備，例如7奈米製程就必須使用EUV設備，才能在晶圓表面曝光出所需要的圖形。但光靠標準EUV機台，將無法滿足5奈米製程的需求，因此業界又另外發展出雙重圖形化(Double Patterning)與高數值孔徑(High -NA) EUV，才能創造出更小的圖形。
然而，這些外加的技術讓原本就已經很昂貴的EUV設備與微影製程變得更昂貴，也更複雜。因此，這條路走到某個製程節點後，必然會遇到物理與經濟面的瓶頸。半導體業界需要發展出新的做法。默克認為，DSA將是各種可以產生奈米級圖形的次世代技術中，最具潛力，也最革命性的新技術。
「由下而上」的顛覆性創新
電晶體微縮化之所以越來越昂貴，是因為業界習慣以「由上而下」的方式，亦即從晶圓上方的曝光光源向下發射雷射光束，搭配中間的光罩和塗布在晶圓表面的光阻液，在晶圓上形成電路圖樣。然而，要延續摩爾定律，除了由上而下的方法外，還應該搭配「由下而上」的新作法，也就是直接在晶圓表面向上「長」出電路圖樣。
默克是「由下而上」方法的材料專家，透過各種材料解決方案，能縮短開發時間、降低成本和減少結構複雜性。有很多種方法屬於「由下而上」的範疇，其中有一些已經廣泛應用在半導體製程中，例如自對準型圖形化技術(Self-aligned Patterning)與原子層沉積(ALD)等自限制型技術(Self-limiting Process)。
DSA也是一種由下而上的技術。DSA的基礎是一種塊狀共聚合物(BCP)，由兩股不同聚合物以端對端交聯而成。這些聚合物有一個特性，就是在特定條件下，會出現同類相吸、異類相斥的現象，因此只要控制BCP中兩股材料的長短比例，就能讓BCP沿著導電結構自行排列成不同形狀，形成極精細電晶體和印刷導電體的基礎。
對半導體製造商而言，這意味著在晶片製造過程中，可以先使用較為成熟的微影技術，在晶圓表面上形成間距比較寬鬆的結構，再透過DSA在這些縫隙間生成線寬更窄的圖案，進而達成線路微縮的目標。目前默克已經與晶圓廠客戶在5奈米製程上進行技術評估，預計在3奈米製程上便會開始大量導入。
半導體晶片微型化驅動沉積製程創新
晶片設計以快速且多變的方式進展，未來不僅趨向微型化，還朝向更複雜的結構進行。默克致力於發展各種解決方案，以克服奈米級的微縮化及3D結構所帶來的挑戰，如微型化製程與填洞步驟。因此，挑選適合的沉積技術是實現新型晶片結構的關鍵。現階段所有許多類型的技術應用於氧化矽填洞技術，包括旋塗式介電(SOD)、流動式化學氣象沉積(FCVD)、原子層沉積、以及化學氣象沉積技術。為了優化晶片效能，默克期待能結合以上技術，提供最具協同效益的整合性解決方案供客戶使用。
台灣為默克沉積材料創新重鎮
根據國際半導體產業協會(SEMI)的統計資料，台灣已連續10年蟬聯全球半導體材料消費市場冠軍，2019年總金額達113億美元。因此，作為產品線幾乎橫跨所有半導體製程材料的默克，自然會將台灣視為重要的策略市場及技術發展重鎮，特別是在奈米製程扮演關鍵角色的沉積材料技術。
台灣默克集團董事長謝志宏表示，該公司已擬定長期投資計畫，目標是建立與提升默克位於南科的高雄廠之相關核心能力。此擴建計畫將增加在地化創新與生產技術、確保安全營運與卓越供應，並透過與客戶的更緊密合作與縮短溝通時間，加速半導體客戶的創新研發步伐。
本投資計畫已於2020年初啟動，預計將建置新廠房，以容納更多尖端研發與生產設備。
