纳米压印光刻技术应用在即,能否掀起芯片制造革命?

2024-03-11
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摘要 随着半导体行业的快速发展,芯片越来越紧凑集成度越来越高,对芯片制造技术提出了越来越高的要求,行业渴求更低成本的制造技术。纳米压印能否如预期中掀起先进制程芯片制造的革命,不久之后就能在存储领域见分晓。
说到芯片制造,首先想到的是光刻机和光刻技术。众所周知,EUV光刻机生产能力有限,成本高。业界一直在探索不完全依赖EUV光刻机生产高端芯片的技术和技术。纳米压印光刻技术NIL在这条轨道上备受关注,是最有机会率先应用落地的技术路线。  今年早些时候,据《英国金融时报》报道,负责监督新型光刻机开发的佳能高管吴阳明在接受采访时表示,采用纳米压印技术的佳能光刻设备FPA-1200NZ2C目标今年最快开始交付,该设备的交付将为小型半导体制造商生产先进芯片开辟新途径。  与此同时,美光科技在3月5日的一次演讲中表示,将率先支持佳能的纳米压印技术,从而进一步降低DRAM存储芯片生产的单层成本。  纳米压印从存储芯片开始搅动芯片的制造模式  纳米压印,一种新型的微纳加工技术。在光刻胶的帮助下,纳米压印技术将模板上的微纳结构转移到待加工材料上,最早由中国科学家周郁在20世纪90年代中期发明。仅从EUV光刻技术的原理来看,要实现更高的分辨率,无非是从三个层面入手。一种是选择波长较小的光源,另一种是通过界面材料提高数值孔径NA值,第三种是获得较低的工艺因子,其中主要的实现方法是缩短光源波长。  然而,光学光刻有一个分辨率极限,每一次缩小波长的实现都伴随着技术难度和成本倍增。因此,EUV光刻机不仅产能有限,而且成本极高。纳米压印的加工过程不使用可见光或紫外线加工图案,而是使用机械手段进行图案转移,因此可实现的分辨率不受光学光刻最短曝光波长的物理限制,也不像EUV那样昂贵。  在美光科技公司最近的演讲中,DRAM节点和沉浸式光刻分辨率也被提及。“随着Chop层数量的增加,这意味着增加更多的曝光步骤来取出密集存储器阵列周围的dummy structures。由于技术本身的限制,DRAM层图案在光学系统下很难用光刻技术进行印刷。  美光科技公司承认:“纳米打印方法可以以更精细的方式打印,而且由于纳米压印技术的应用成本是沉浸式光刻技术的五分之一,这是一个非常好的解决方案。”。纳米压印分辨率仅与模板图案的尺寸有关,已高于传统光刻分辨率。  虽然生产速度会更慢,但压印模板可以重复使用,大大降低了加工成本,方便了大规模生产。因此,美光计划率先支持佳能的纳米压印技术,从而进一步降低DRAM存储芯片生产的单层成本。  存储芯片确实是目前最适合纳米压印技术的。存储制造商将更加关注芯片制造中的成本控制,并将放宽对缺陷的要求,给予一定的设计余量,只要不影响成品率,就能承受一定的缺陷。佳能规划的纳米压印设备路线图也来自3D NAND存储芯片开始,逐渐过渡到DRAM,最终实现CPU等逻辑芯片的制造。  凯侠和佳能在纳米压印方面合作多年,SK海力士也从Canon引进了纳米压印设备,计划在2025年左右开始量产3D NAND闪存。三星还开发了各种解决方案,包括纳米压印技术,以解决多图案技术造成的成本上升问题。  去年,佳能总裁御手洗富士夫还表示,纳米压印光刻技术的推出为半导体制造商生产先进芯片开辟了新的途径。  随着佳能光刻设备今年交付最快,存储芯片与纳米压印技术的结合,该技术是否能减少存储制造商对芯片OEM的依赖,是否能大大提高存储芯片的批量生产效率,降低成本,这个问题的答案最早可以在今年看到。  降低芯片制造成本,纳米压印为国内先进芯片的发展带来了新的思路  此前,佳能公布FPA-1200NZ2C纳米压印光刻半导体设备总裁御手洗富士夫表示,纳米压印光刻半导体设备比ASMLEUV少1位数,该机所需功率仅为EUV类似产品的十分之一。  从目前公布的进展情况来看,FPA-1200NZ2C已经能够制造5nm节点芯片了。此前,佳能高管表示,只需要不断改进掩模,FPA-1200NZ2C甚至可以生产2nm芯片。  除了适应工艺节点外,据日经中文网报道,与极紫外光刻相比,纳米压印能可以降低工艺的制造成本和功耗。在佳能之前公布的研究结果中,当吞吐量为80片时,纳米压印光刻的成本可以比ArF光刻工艺降低28%,随着吞吐量的增加,成本可以降低50%以上。  虽然纳米压印技术不可能也不可能完全取代EUV,但如果能成功应用,将打开芯片先进工艺制造的新思路。  众所周知,目前我国半导体行业正受到多方围堵,国内半导体制造商特别是在先进工艺方面,获得先进半导体制造设备的限制很大。也不例外,佳能的纳米压印设备也限制出口,日本的出口控制清单中有“45nm以下线宽的压印光刻装置”。  目前,纳米压印市场正在逐步增长。TechNavio数据显示,2026年纳米压印市场预计将达到33亿美元,年复合增长率可达17.74%。青岛天仁微纳、苏州苏大维格、美迪凯、水晶光电、聚光科技、苏州光舵微纳、盛印光电、新维度微纳、歌尔股份等多家国内厂商和科研机构在纳米压印轨道上进行了布局,帮助国内半导体制造业进一步突破。  天仁微纳在纳米压印市场打磨多年,在微纳光学市场占据了技术和市场领先地位。现在,除了继续迭代晶圆光学加工领域纳米压印刻的扩展外,纳米压印在半导体集成电路、平板显示、生物芯片等领域的应用也在不断扩大,有助于国内纳米压印设备打破进口垄断。  不久前,聚光科技成功收购了瑞士SMO。SMO拥有纳米压印精密微纳光学的设计和加工制造技术,即结合微纳光学的设计目标,在8英寸晶圆基板上进行精密压印,8英寸晶圆处于成熟的批量生产阶段。  经过多年的研发和市场应用推广,光舵微纳制造了多种R&D纳米压印设备和自动量产纳米压印设备,实现了LED图形衬底行业尼康光刻机的产业化替代。目前,纳米压印技术在高端半导体领域的产业化应用也在积极拓展。  如果纳米压印设备在实际批量生产中确实取得了预期的效果,无疑将是国内纳米压印行业的强心剂,也将为国内先进芯片制造业的发展带来新的思路。  小结  随着半导体行业的快速发展,芯片越来越紧凑,集成度越来越高,对芯片制造技术的要求越来越高,行业渴望低成本的制造技术。纳米压印能否像预期的那样掀起先进工艺芯片制造的革命,很快就能在存储领域看到。
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