先进微影技术发展（二）：纳米压印与定向自组装

除了纯粹光学的方法外，还有其他方法也可以用来定义半导体的精细图案。

纳米压印微影（Nano Imprint Lithography；NIL）也发轫于90年代中期，至今还未进入量产，但是其分辨率经验证已可达10 nm以下。

NIL的操作是先以电子束微影（electron beam lithography）在「光罩」（其实更像是模版）上写下欲转录图形的阴刻，然后压印在已涂布低粘度（low viscosity）的「光阻」（这物质其实与光敏无关，只是用来抵挡蚀刻）的矽晶上，让光阻流入图形阴刻中的沟槽后，以紫外光照射用以固化（curing），形成光阻覆盖图形。后续的工作就如同一般的制程一样，开始蚀刻光阻未覆盖的区域。NIL有能力用来制造出3D图形。

如此操作可以省却复杂的光源及庞大的透镜／反射镜所组成的光学系统，而且在关键层（critical layer）可以只用1次操作完成，所以预期的产量较高。

一个微影系统的能力通常以图形化（patterning）、叠加（overlay）以及量产能力（throughput）来评估。其中图形化是指生成所需图形的能力，主要是分辨率；而叠加是指上下2层图形的对齐精准度。

目前的进展是对于3D NAND产品NIL的图案化及叠加能力已达满意程度，等待量产能力达标后，即可投入产线。对于DRAM，图形化能力已达14 nm （1a）节点，叠加能力犹待展示；存储器是NIL比较可能的先期应用。

NIL技术主要由日本所开发，佳能（Canon）在90年代未能接受美国授权EUV技术后即转向NIL方向发展。晶圆厂方面，东芝（Toshiba）于2000年初即投入研发。目前威腾电子（Western Digital）想收购东芝的原因除了扩大生产、研发的规模经济外，东芝拥有NIL技术、可用于投入MRAM的生产也是吸引力之一。

另外，国内也开始投入NIL的研究，这是国内半导体技术自主化中的一环。

定向自组装（DSA；Directed Self-Assembly）是与前述2种技术完全不同概念的运作，DSA也发轫于90年代中期，其时复杂系统（complex system）领域中的热门研究题目之一是元胞自动机（cellular automata），它是指一个单元可以用简单规则建立一套复杂系统的模型，DSA就是藉助此概念所发展出的方法。如此跨领域创新，在半导体学院可教不来。
 
光学微影（photolithography）与NIL都是从上而下（top-down）来定义图形，亦即图形先从巨观尺度定义完成后再去处理图形中的内容物质；而DSA则是由原分子阶层由下而上（bottom-up）组成所需图形。 
 
DSA使用嵌段共聚物（Block CoPolymers；BCP）当成主要材料，常用的材料为聚苯乙烯嵌段聚（甲基丙烯酸甲酯）[poly（styrene-block-methyl methacrylate）；PS-b-PMMA]。DSA是2条互斥（repulsive）的高分子链以共价键衔接在一起，对于其他的化学物质有不同的亲和性（affinity），这是用来操纵形成不同图案的主要机制。DSA亦可形成3D图形。

DSA的实际运作首先要形成引导图形（guiding pattern）—引导BCP自组装成需要图形的外在框架，有2种主要方法：图形外延（graphoepitaxy）以及化学外延（Chemoepitaxy）。前者是先以微影方式定义引导图形（guiding pattern）的3D拓朴形状，譬条状平行沟槽，然后在沟槽壁上或沟槽底部涂布上特定化学品，沉积BCP于其上。2条高分子链中的1条对于以涂布的化学品具有高亲和性，黏附于其上，剩下的就靠高分子之间的自组装，形成需要的图形；化学外延则是在基板上直接涂布较高密度的化学品，剩下的也全靠高分子之间的自组装机制。

DSA既然也需要微影技术来定义图形，为什麽还需要DSA？原因是DSA自组装形成图形的密度较微影技术为高，目前DSA的分辨率已达12.5 nm，而且还在继续向下发展。DSA搭配EUV、做为增强EUV分辨率的手段是目前考虑的使用方向之一。相对于NIL，DSA还需要更长的时间才会成熟量产。

DSA在量产的2个预期的主要应用为线／间距（line-space）和接触（contact）图形，前者是存储器金属层的最关键技术，因此存储器公司对DSA的投入较深。

目前的微影技术其实离最终极的原分子尺度并不太远，但这并不意味着对于原分子尺度的运作操控将止步于此。像NIL与DSA都跳脱传统光学微影系统的思维，利用新的物理、化学机制与材料，更多基础科学的投入才能容许半导体产业走更长远的路。

延伸报导先进微影技术发展(一)：既有设备路径的延伸