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DSA將成3奈米製程重頭戲 默克持續加碼投資台灣
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。
DSA材料由兩股不同的聚合物組成，在特定條件下會出現同類相吸，異類相斥的現象。對此一特性善加控制，便可實現極為精細的圖樣。
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。
降低先進製程設計成本 默克提DSA方案
人工智慧、自駕車、大數據、物聯網等科技趨勢正急速推動著電子產業的發展，未來對功能更強大的IC晶片的需求將非常可觀，為此，半導體持續朝先進製程發展；而為有效降低多重曝光的成本，默克(Merck)提出定向自組裝(DSA)解決方案，以加速半晶片微型化技術發展。
默克全球半導體事業體負責人暨執行副總裁Anand Nambiar表示，摩爾定律逐漸走向極限，為打造更高性能的晶片，半導體製程持續走向微型化發展，然而，這些製程技術的出現，雖說可以再進一步提高晶片性能，但也代表半導體製程與結構更趨複雜，成本也會隨之上升。像是5奈米的曝光步驟就會比7奈米多，也因此所花費的時間和成本也會更高；若再搭配EUV，其成本更是可觀。也因此，為有效降低多重曝光的成本及時間，默克便提出DSA創新解決方案。
默克全球半導體事業體負責人暨執行副總裁Anand Nambiar指出，半導體製程持續走向微型化發展，卻也使晶片結構更加複雜及成本提高。
據悉，DSA 牽涉了一些不同的材料，其中最重要的是所謂的塊狀共聚合物(BCP)，這是由兩股不同聚合物以端對端交聯而成。這些BCP能夠在特定條件下，沿著導電結構自行排列為一致的形狀，形成了未來電腦晶片的極精細電晶體和印刷導電體的基礎。
Nambiar指出，簡而言之，DSA材料提供合乎成本效益的圖案化解決方案，可用於製作更先進的晶片尺寸。根據比利時微電子研究中心(Imec)研究顯示，採用DSA解決方案，可有效降低約20%的成本。
Nambiar進一步說明，DSA應用非常廣泛，不僅是可用於傳統邏輯晶片的先進製程，其餘像是記憶體、感測器等也可應用此一技術。舉例來說，目前記憶體堆疊層數不斷增加，從以往的32層增加到128，甚至未來還要達到256層，這樣的製程都需要多重曝光的步驟；而DSA便可在其中扮演關鍵角色，在有效降低整體成本同時，也可助力高性能晶片的設計。
由折疊手機看顯示器發展趨勢 群雄競逐印刷式OLED技術為哪樁？
・LG Chem、JOLED、友達，近期紛紛投入印刷式OLED技術布局，引發關注。
・折疊手機是OLED應用新美地，但能成功跨入大尺寸才是OLED問鼎主流地位的關鍵。
・目前大尺寸OLED量產最大瓶頸在於蒸鍍段生產成本高昂，而印刷式OLED製造技術則具成本優勢，惟亦有挑戰待解。
・印刷式OLED是OLED技術能夠真正擴大應用，甚至將來取代LCD成敗的里程碑。
圖片來源：Kateeva
近日，外電報導，LG Chem收購美國杜邦(DuPont)公司「可溶性OLED」材料技術，此次的收購範圍包括杜邦的可溶性OLED材料技術與工程專利等無形資產，以及研發與生產設備等有形資產；日本「JOLED」近日也宣布籌得了 255 億日圓資金，於千葉事業所內開始構築全球首見採用「印刷式OLED」技術製作面板生產線；報載國內面板大廠友達已在林口架設印刷式OLED實驗線，一時間，似乎又有新的顯示技術興起，引起大家的關注。
折疊手機的應用使OLED找的一個可以擺脫LCD競爭的產品空間，不過手機面板的面積畢竟有限，無法支撐一個顯示產業，因此，OLED從小尺寸的應用在技術成熟後進入中大尺寸的市場是必然的趨勢，也是主流顯示器技術能夠存活的必然途徑。然而，以目前OLED的蒸鍍製程工藝推演可以發現，未來中大尺寸OLED與LCD的競爭，成本是一個難以跨越的瓶頸。
目前主流的OLED製程需要非常昂貴的精密真空蒸鍍設備，在大面積的高世代，除了可以預期精密真空蒸鍍設備的昂貴天價以外，在技術上，大面積高精度遮罩技術是否能夠突破仍不確定；此外、遮罩蒸鍍製程的發光有機材料使用率非常低，致使OLED蒸鍍段的生產成本非常的高。
採用溶液型的噴墨圖案化技術是克服材料使用率低落問題最直接有效的解決方案；噴墨印刷不必在真空進行，高世代大型噴墨設備價格比真空設備低廉，採用按需供給(Drop on Demand)的圖案化方式，材料使用率可超過90%。在高世代設備價格與提高材料使用率的考量下，大尺寸OLED的製造採用溶液式的噴墨印刷製程是最佳的選擇。據此，一直都以大尺寸OLED為產品的LG，自然要布局溶液型的製程技術，而日本面板廠商為擺脫中國大陸廠商在顯示產業的纏鬥，自然也選擇開始踏入中國業者著力未深的下世代技術。
溶液型的噴墨OLED圖案化技術發展已經超過15年，台達電投資的翰立光電在2004年即與英國CDT合作，引進噴墨印刷彩色OLED技術，惟當時LCD發展正興盛，彩色OLED成本高，技術不成熟，無法在市場上與LCD相抗衡而黯然退場。然而，噴墨印刷OLED相關的研發並沒有停止，在材料上，有DuPont、Sumitomo、Merck等，在設備上，包括ULVAC、TEL、Kateeva等國際大廠持續投入，致使噴墨印刷OLED技術逐漸產業化。友達在2014年即以噴墨印刷技術展示65吋彩色面板；2017年中JOLED就交予華碩21.6吋噴墨印刷4K OLED的樣機；2018年包括華星光電展示31吋UHD面板、京東方展示55吋面板，這些跡象都顯示，面板廠已開始布局下世代的製程技術以解決未來OLED在大尺寸將面臨的瓶頸。
噴墨印刷OLED製程技術對設備、材料依存度非常高，噴墨印刷雖然已經發展很久，但是應用到具有光電特性需求的薄膜製造仍有許多技術需要克服。過去發展最大的瓶頸在於OLED材料與噴墨設備的搭配無法優化，導致噴墨印刷OLED的量產進展緩慢。近年來，由於面板廠受到未來需求的驅動，加上國際間材料與設備廠的合作，使噴墨印刷OLED的相關技術發展逐漸加快，估計在面板廠積極帶動下，印刷OLED的產品上市時程指日可待。
OLED在折疊手機的應用是OLED技術存活下來的關鍵，而印刷式OLED是OLED技術能夠真正擴大應用，甚至將來取代LCD成敗的里程碑。
(本文作者陳來成博士為艾圖雅科技總經理，專長為柔性光電與柔性顯示技術，在台灣光電業界有數十年資歷)
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專注電子產業領域 默克持續深耕台灣
默克(Merck)近日舉辦默克深耕台灣30年媒體茶敘，台灣區默克集團董事長謝志宏表示於會中提到，默克在台成立滿三十年，未來除了將台設定為亞洲研發重鎮、持續引進最新材料科技協助顯示器及半導體技術發展外，更不斷投入研發資源，培養生技產業人才及扶植台灣生技新創團隊，推動科學與科技進步。
謝志宏說明，5G、人工智慧(AI)、物聯網、自駕車、大數據及AR/VR是驅動電子產業持續成長六大關鍵要素。因此，未來默克的特用材料事業體，將會更具焦電子產業市場，並於顯示器科技、半導體科技兩大領域實現更多創新產品。
首先在顯示器科技方面，未來顯示器的創新應用可分為可摺疊面板、8K電視、透明顯示器，以及建築與汽車等四類別。而要滿足這四大應用領域，顯示器必須要有更高解析度、更高亮度及新尺寸及形狀。而默克的新液晶材料產品組合能實現大尺寸8K，並持續力推新型SA-VA (Self-aligned Vertical Alignment)液晶技術，其優勢在於能省去面板製程步驟及時間，讓製程更環保，實現超窄邊框的設計，為視覺體驗帶來更高解析度、高亮度、不同尺寸與全面屏的可能性。
至於在半導體科技，默克半導體材料能支援半導體前段及後段製程，其中專注發展的原子層沉積(ALD)材料更是半導體奈米製程之關鍵材料之一，透過材料科技協助製程微縮及先進封裝挑戰摩爾定律所面臨技術極限。同時，默克也已在台設立亞太區積體電路(IC)材料研發暨應用中心，並期待能近距離、即時提供台灣客戶解決方案，並滿足亞洲市場需求。
謝志宏指出，台灣是全球晶圓產能最大以及半導體材料市場的龍頭，在面板產業也佔有一席之地，因此默克將持續投入資源深耕台灣，以材料核心技術成為台灣科技產業的最佳助攻員。
液晶應用藍海再現 汽車天窗採光更智慧
為因應綠能建築之大趨勢，默克(Merck)充分發揮其領先全球液晶市場的專業能力，開發液晶技術的新藍海應用。在2018年推出液晶玻璃窗戶模組，並已開始導入建築窗戶與車窗應用。該模組能讓窗戶在透明度不變的情形下改變透光率，營造出融合大自然景觀和室內氛圍的舒適環境。
默克顯示器科技事業資深副總裁Michael Heckmeier指出，默克非常期待液晶窗戶在未來的應用表現，這也將是默克未來的推廣重點之一。Heckmeier特別點出，默克的技術能使建築物變得更永續且低能耗，窗戶模組所提供的多種顏色和形狀，能賦予建築師廣泛的設計發揮空間；目前在德國已有多個初期建案開工，其中將導入結合默克液晶窗戶技術的全玻璃牆面。
另一方面，Heckmeier也提到，除了在建築應用之外，默克也正在發展用於汽車產業的液晶玻璃窗，也正在與德國汽車大廠合作研發液晶天窗應用。然而，基於車規的考量，默克目前暫不考慮發展液晶前車窗應用。
除了積極拓展液晶應用藍海之外，默克也持續深耕在高階顯示器領域越來越受到重視的有機發光二極管(OLED)技術。近期十分受到注目的可折疊或可彎曲的OLED智慧型手機顯示器應用，默克亦是材料供應商。
Heckmeier指出，默克OLED 材料能兼顧可撓式和可摺疊的顯示應用，並能結合新式反應型液晶所帶來的反射保護和更高的影像品質。OLED顯示器的薄型設計能為電池留出更多空間，將電池壽命延長10%以上，對於行動終端裝置特別有吸引力。
8K液晶材料就位 穿透度提升15%效能更加倍
液晶面板無論是在大小尺寸的顯示應用上，皆是目前的主流，液晶層材料也持續推陳出新，以提升顯示效能。針對電視顯示器的8K超高解析度應用，材料供應廠商也已經針對該需求推出相對應的液晶材料，將背光穿透率提升15%之多。
台灣默克集團董事長謝志宏指出，8K對於液晶材料有更高的穿透度要求，目前該公司已與面板大廠合作，開發出8K電視顯示器專用的液晶材料，成功將穿透率再提升15%。
謝志宏進一步解釋，一般的背光源在穿透液晶層之後，往往只剩下10%亮度，因此若是液晶層的穿透度能夠提升，背光源所使用的LED數量與功耗便能降低，也進而能夠減少成本。
另一方面，謝志宏指出，不同於電視顯示器應用，行動裝置在使用時會有將螢幕橫擺、直放等由不同角度觀看的需求，對於廣視角的要求將比電視更高；因此，電視顯示器與行動裝置螢幕的液晶層材料亦有不同。然而，相同的是，無論在智慧型手機與平板電腦等小尺寸應用上，穿透率同樣是重要考量。在未來，無論是大小尺寸顯示器的液晶材料都將往更高的穿透度發展。
謝志宏以小尺寸螢幕使用的UB-FFS材料與FFS為例說明，FFS穿透度較低，目前以中階手機為主要應用市場；UB-FFS的穿透度較高、顯示效果較好，目前多運用於高階智慧型手機中。然而，儘管單就液晶材料而言UB-FFS成本較高，但由於較好的穿透度能降低背光LED等其他零組件的用量與成本，因此，UB-FFS其實能提升整體BOM Cost的競爭力。
謝志宏認為，儘管未來顯示技術將持續往MicroLED與OLED顯示器發展，然而由於TFT LCD產能穩定、成本較低，因此，在未來五年之內TFT LCD將持續為主流技術。默克也將秉持著好奇心及材料研發經驗，持續推展材料新應用，以因應5G、無人駕駛、智慧建築等未來趨勢。未來，默克也將持續研發新世代液晶材料，實現高色飽和窄邊框的精品顯示器，以呈現絕佳的視覺體驗。