在光刻技术逐渐受限的当下,佳能纳米压印设备的出现,将对ASML一家独大的半导体制造设备竞争格局产生一定的影响。值得一提的是,中国虽然起步晚,但在纳米压印光刻的研发上也存在诸多玩家,包括大量的科研机构和公司,在专利布局上也仅次于美国。

在2纳米芯片工艺设备上,日本佳能正努力在行业巨头ASML高端光刻设备绝对垄断市场份额中分一杯羹。近日,佳能半导体机器业务部长岩本和德在接受媒体采访时表示,纳米压印技术甚至可以生产电路线宽为2纳米的产品,而且这一技术全球佳能独有。

岩本和德称,纳米压印就是把刻有半导体电路图的掩膜压印到晶圆上,压印1次就可以形成电路,如果改进掩膜,甚至可以生产电路线宽为2纳米的产品。也就是说,客户的实际成本可以降至传统光刻设备的一半,而且由于纳米压印设备的规模减小,在研发等用途上也更方便引进。

据悉,纳米压印也非全新的技术。20世纪90年代,华裔科学家Chou(周郁,Stephen.Y.Chou)教授等提出了纳米压印技术的概念。不过,在后续的竞争中,光刻技术一枝独秀,极大地压制了纳米压印。数十年来,在DUV、EUV光刻机的支持下,摩尔定律得到了延续。

光刻技术一直是晶圆制造的主流技术,具有明显的规模和成本优势,直到近些年才开始逐渐出现问题。随着光刻制程越来越小,光会体现出更大的波动性并出现衍射,从而导致光刻图像失真,芯片晶体管线宽已趋近物理极限。同时,光源波长缩短使得光刻设备研制难度和成本成倍增长,光刻技术身上的负担越来越重,其成本与规模化能力已无法与过去25年建立的趋势相匹配。

为此,业界开始加强探索绕开EUV光刻机生产高端芯片的技术和工艺。其中,纳米压印可以完美避开衍射极限的问题。

相对光刻技术,纳米压印不仅可以制备二维平面结构,而且可通过精密的模板制作压印出准三维结构,为性能调控和器件设计提供了更大的自由度。纳米压印不仅可以制造分辨率5nm以下的高分辨率图形,还拥有相对简单的工艺和较低的功耗。

光刻技术相比,纳米压印有一个显著的有点——设备便宜。纳米压印不需要昂贵的光源和镜头(镜头有的时候甚至可能占到光刻机一半的成本),工艺步骤也较少,固定成本自然少了一大截。不过,该工艺设备还依然存在很多挑战,包括但不限于模板制造、结构均匀性与分辨率、缺陷率控制、模板寿命、压印胶材料、复杂结构制备、图型转移缺陷控制、抗蚀剂选择和涂铺方式、模具材料选择和制作工艺、模具定位和套刻精度、多层结构高差、压印过程精确化控制等。

佳能纳米压印设备   资料来源:佳能官网

佳能早在2004年就开始探索纳米压印技术。从2017年左右开始,佳能就与铠侠和大日本印刷3家持续进行合作开发,于当年推出首台样机。2023年10月13日,佳能公司又正式推出纳米压印半导体制造设备,并开始接受订单。佳能推出的这个设备型号是FPA-1200NZ2C,目前可以实现最小线宽14nm的图案化,相当于生产目前最先进的逻辑半导体所需的5nm制程。未来甚至有望通过改进掩膜板做到2nm制程。

岩本和德表示,“目前量产用途的实用化已有眉目,我认为可以面向客户销售。”同时,他还表示,佳能已收到了半导体厂商、大学、研究所的很多咨询,“由于引进EUV光刻设备需要庞大成本,作为替代措施的纳米压印备就备受期待。”

在光刻技术逐渐受限的当下,佳能纳米压印设备的出现,将对ASML一家独大的半导体制造设备竞争格局产生一定的影响。值得一提的是,中国虽然起步晚,但在纳米压印光刻的研发上也存在诸多玩家,包括大量的科研机构和公司,在专利布局上也仅次于美国。

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