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佳能纳米压印光刻,迈向量产!

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随着半导体芯片不断微缩,传统光学光刻技术在功耗等方面面临的挑战日益突出。为应对这些问题,佳能开发了纳米压印光刻(Nanoimprint Lithography,NIL)技术。自2023年推出搭载NIL技术的设备以来,相关客户正在持续进行最后阶段的调整,以优化半导体制造中的大规模量产流程。

近日,佳能在官网发布技术访谈,介绍了NIL技术在量产应用过程中面临的工程挑战,以及研发团队为提高工艺精度、优化制造流程所开展的工作。佳能光学产品事业部门的两名工程师佐藤隆宏(Takahiro Sato)和七条真人(Masato Shichijo)分享了相关研发经验,并介绍了这项技术未来的发展方向。

一、从光学投影到直接压印,功耗有望降低约90%

传统光学光刻可以理解为利用光线投射电路图形,而NIL则更接近于“盖章”。

根据佳能的介绍,NIL使用一块刻有电路图形的模板,也就是掩模(Mask),将其直接压在涂覆于晶圆表面的树脂上,从而转移电路图形。

与传统光学光刻需要进行重复曝光不同,NIL能够在单个步骤中一次性形成复杂结构。由于不需要利用光源形成电路图形,该技术还具有显著的能耗优势,功耗可降至传统方法的约十分之一。

不过,直接接触也带来了新的技术挑战。

半导体芯片需要通过多层结构叠加制造,因此不同层之间必须实现纳米级的高精度套刻。如果掩模与晶圆接触时夹入颗粒等异物,不仅可能造成图形缺陷,还可能损伤掩模。

如何在发挥NIL低功耗优势的同时,确保图形转移精度和制造稳定性,成为这项技术走向量产必须解决的问题。

二、晶圆边缘与套刻精度,成为工程攻关重点

在NIL的研发过程中,晶圆边缘区域的图形转移是一项重要难题。

佐藤隆宏介绍,由于晶圆是圆形,而掩模及曝光区域具有矩形结构,两者在形状上存在差异,导致晶圆周边区域的接触容易出现不稳定情况。这类区域被称为部分曝光场(Partial Field)。

研发团队需要针对晶圆边缘区域设计相应工艺,不仅要考虑边界条件,还必须兼顾后续加工步骤的影响,包括去除多余图形的蚀刻工艺,以及赋予器件电气特性的相关工艺。

这意味着,图形转移不能仅仅满足单一工序的精度要求,还需要考虑后续加工环节,确保最终结果能够达到与传统技术相当的水平。

另一项挑战来自量产过程中的图形转移精度。

七条真人回忆,为了达到设计规定的目标精度,他曾花费一个多月分析大量数据,最终找到了细微误差的根本原因,并通过改进硬件解决了问题。

这些经历反映出,NIL从技术开发走向实际生产,需要不断处理设备、工艺与量产条件之间的复杂问题。单纯实现图形压印并不足够,设备还必须在实际制造环境中持续满足精度要求。

三、从单台设备到整条产线,量产优化不能只靠NIL

对于NIL而言,设备本身的性能并不是实现量产的唯一条件。

佐藤隆宏表示,客户无法将NIL作为一个完全独立的系统运行。佳能需要与集团内相关公司密切合作,进一步提升设备在半导体制造中的精度,同时优化整个制造流程,包括掩模清洗系统等配套设备。

这表明,NIL的实际应用涉及的不只是压印设备,还包括与之配套的工艺和设备体系。只有这些环节能够协同工作,才能更好地满足量产要求。

晶圆表面形貌也是影响制造效果的重要因素。

在反复进行沉积和布线等工艺后,晶圆表面可能形成细微的起伏。这些表面形貌变化可能导致对准误差,进而影响生产效率。

针对这一问题,佳能将NIL应用于一种名为喷墨自适应平坦化(Inkjet-based Adaptive Planarization,IAP)的平坦化技术,通过该技术使晶圆表面形貌更加均匀。

因此,佳能正在探索的不仅是NIL在图形转移方面的应用,也包括利用相关技术应对晶圆表面平坦化问题。根据公司工程师的介绍,扩大应用范围,并解决客户制造现场遇到的实际问题,将是推动NIL走向实用化的关键。

四、延长掩模寿命、降低成本,仍是下一阶段重点

尽管NIL已经进入客户量产流程的优化阶段,但要进一步提升其实际应用能力,仍有不少工作需要完成。

佐藤隆宏表示,佳能下一阶段的目标,是进一步增强NIL在整个量产流程中的综合能力,包括充分延长掩模使用寿命、降低成本,并将技术完善到客户能够像使用传统设备一样方便地操作。

他同时指出,佳能目前在NIL技术能力方面领先竞争对手一步,但量产工艺能力的提升仍然是一项持续进行的挑战。

七条真人则表示,NIL正在进入客户现场全面采用该技术进行大规模生产的最后阶段。完成这一任务,是研发团队的责任。他认为,技术成功应用将有助于实现整个社会的节能,并推动技术进一步发展。

从佳能的介绍来看,NIL的研发重点正在从技术原理和设备开发,进一步转向客户现场的实际应用。图形转移精度、晶圆边缘处理、掩模寿命、成本控制,以及配套设备和制造流程的协同优化,都是这一阶段需要持续解决的问题。

结语

佳能开发NIL技术的一个重要目标,是在半导体制造中实现更低的能耗。与传统光学光刻相比,其直接压印的工作方式有望将功耗降低至约十分之一,但这项技术能否在实际生产中发挥优势,还取决于图形转移精度、掩模寿命、制造成本和整条产线的协同能力。

从2023年推出相关设备,到客户持续调整量产流程,佳能正在推动NIL从设备技术走向更成熟的制造应用。接下来,如何进一步提高量产能力、扩大应用范围,并降低客户实际使用中的成本,将成为这项技术能否实现更广泛应用的重要环节。

(来源:综合自佳能)

*免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。

今天是《半导体行业观察》为您分享的第4556期内容,欢迎关注。

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