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滿足MEMS/光學元件生產需求 新一代奈米壓印技術更具競爭力

文‧黃繼寬 發布日期:2020/10/19 關鍵字:NILSmartNILEV Group光電積體元件微流體

微影(Lithography)是產生細微圖樣,進而在基板上製造出細微線路或結構不可或缺的製程步驟。除了當下話題性最高的EUV、在半導體製造領域已經應用多年的浸潤式微影或無光罩微影等必須使用光源的微影技術外,還有其他不需要光源,也能產生細微圖樣,甚至直接製造出微結構的微影技術,奈米壓印微影(Nanoimprint Lithography, NIL)就是其中之一。

EV Group應用暨技術部協理李昱瑩指出,奈米壓印是一種已經被廣泛應用在生物微機電(BioMEMS)感測器、微流體(Microfluidic)元件生產過程中的微影技術,在某些電子元件的生產也會使用這項技術。最近幾年,有些光電積體元件製造商也看到奈米壓印的潛力,開始在製造元件的過程中,測試性地使用這項技術。

EV Group應用暨技術部協理李昱瑩表示,奈米壓印技術近年來有許多重要突破,使得這種非傳統微影技術可以用來生產更多種不同類型的元件。

與傳統微影技術相比,奈米壓印最大的優勢在於可製造出相對複雜的微結構,正好適合用來生產MEMS跟微流體等結構設計比較複雜的元件。但隨著奈米壓印技術持續進步,現在奈米壓印已經能做出100奈米,甚至40奈米以下的線寬。因此,在CMOS製程中,也有廠商正在評估導入奈米壓印技術。不過,CMOS製程對良率、可靠度、製程控制的需求更嚴謹,不是只看線寬這項指標,因此CMOS元件的製造商需要花更多時間來評估奈米壓印技術。

除了線寬的改進外,奈米壓印近幾年還有許多重要的改良,使其成為更具競爭力的另類微影技術。舉例來說,EV Group所發展出的SmartNIL,跟其他奈米壓印技術相比,最大的特色就在於SmartNIL讓軟板和材料透過毛細現象自然壓合,而非靠外部施加較大的壓力,把材料「擠」進結構裡。對製造商而言,這項特性可以帶來許多好處,例如孔穴、氣泡等缺陷產生的機率大為減少,生產良率進而提高。就維護成本來說,因為SmartNIL不用加壓,因此壓印頭的耗損也明顯改善,使得壓印頭的使用壽命,可以跟主流微影製程所使用的光罩媲美。

除了MEMS、微流體元件外,光電積體元件(Photonic Integrated Circuit)也是EV Group相當看好,未來可望大量採用奈米壓印技術製造的元件。光電積體元件中有許多重要的元素,例如繞射光學元素(DOE)、波導(Waveguide)等,都很適合用奈米壓印製造。

光電積體元件是利用半導體製程技術,將光學元件如調變器、開關、分光器等,直接製作在一個積體電路裡面,變成一個緊緻的元件。相對於電子積體電路是傳遞電子,光電積體元件主要是傳遞可見光或是紅外線波段的光學訊號,而線路中各元件的連接,是由光波波導完成。這種小型化、穩定性高的元件,將在光電通訊系統中發揮越來越大的作用,對光電工業的發展產生深遠的影響。

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