C114门户论坛百科APPEN| 举报 切换到宽版

亚星游戏官网

 找回密码
 注册

只需一步,快速开始

短信验证,便捷登录

搜索

军衔等级:

亚星游戏官网-yaxin222  大元帅

注册:2007-12-101708
发表于 2023-11-27 10:56:52 |显示全部楼层
2023年10月13日,佳能企业正式推出纳米压印半导体制造设备,并开始接受订单。佳能于2004年就开始探索纳米压印技术,并于2017年推出首台样机。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




新的纳米压印设备的推出,无异于照进黑暗房间的一束曙光。当前,全球光刻技术发展缓慢,“摩尔定律”有逐渐失效的趋势。在光刻机领域,荷兰ASML一家独大,中国和日本都“苦光刻机久矣”,中国长期饱受“卡脖子”的困扰,而日本作为曾经的半导体霸主,却由于对市场的误判而输给了荷兰。


纳米压印技术可能是实现逆袭和弯道超车的大好机会。


一、做了三十年备胎




在先容纳米压印技术之前,大家有必要先铺垫一下纳米压印的竞争技术——光刻技术。


光刻是曝光显影的过程,有点类似于照相术,光线透过掩膜板照射到光刻胶涂层上,使光刻胶发生反应并硬化,再用化学溶剂将光刻胶中未曝光区域溶解,就把掩膜板上的器件图案留在了硅片上。


纳米压印则完全不同。


其基本原理是运用纳米图形模板压在胶体涂层上进行模压成型,实现纳米图形的加工。纳米压印先制作一个精密的模具(可以想象成印章),然后倒扣到涂层上,直接把想要的图案压出来。通俗来说,纳米压印更像是印刷或者盖章。虽然纳米压印名字看起来非常高大上,但其技术原理实际上比光刻技术简单许多。要是真追论起来,纳米压印的渊源——印章,早在春秋战国时期就已经出现。


纳米压印也不是全新的技术。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。彼时,光刻技术也刚刚蹒跚起步。不过在后续的竞争中,光刻技术一枝独秀,死死地压制了纳米压印。数十年来,在DUV、EUV光刻机的支撑下,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。


二、光刻的道路越走越窄




坚强的壁垒往往从内部开始破裂。


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。这个属于物理层面的固有卡点,工艺改进顶多只能“保守治疗”,无法真正完成突破。


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。


既然无法突破“衍射极限”,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。纳米压印可以完美避开衍射极限的问题,因此才得以重回公众的视野。


此外,相比于传统光刻,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。


三、固定成本和可变成本的权衡




和光刻技术相比,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。


正所谓“黄金无足赤”,压印技术虽然在固定成本上有所领先,但却具有更大的可变成本、更困难的过程控制和更低的产能,同时还面临着很多特有的技术难题。


模板是纳米压印的大问题。


不同于传统光学光刻使用的4X掩模,纳米压印需要使用1X模版,不能使用光学投影来做图像倍缩。需要啥图案就要提前做个模具出来,会导致模具制作、检查和修复技术面临更大挑战,生产这种模板成本极其昂贵。其次,在生产过程中,模板和胶体涂层会相互接触,最细小的微尘甚至是空气都会影响到硅片的良率,也会影响模板的寿命。另外,当前纳米压印还存在产能问题,和成熟的光刻技术相比,纳米压印的生产周期较长。半导体行业最关注的就是产能和良率,归根到底就是钱,不算账只谈情怀是没人买单的。


纳米压印的过程虽然听上去很简单,就像印刷和盖章一样,但实际上要解决很多技术难题,且有些技术难题是压印所特有的。例如,涂胶环节在光刻过程中非常简单,均匀地涂上一层即可。然而,涂胶环节在压印过程中则无比困难,为了保证精度,压印的胶体需要预先按照模板上的图案密度做推演,需要一整套精密的打胶算法,精确控制喷涂位置和喷射量,这些都会凭空增加纳米压印的可变成本。


佳能从2017年推出样机之后,就一直配合上下游推进材料和工艺的优化,力图降低成本,这些努力取得了很大的效果。当前,虽然纳米压印的可变成本较高,但由于设备便宜、步骤简单,在部分芯片领域,纳米压印的成本要低于DUV和EUV。


四、有变化,才有机会




如前文所述,尽管目前纳米压印技术已在大批量生产取得巨大进步,但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。


所以到目前为止,纳米压印还是一项非常早期的技术,且只能用于对精度要求不太高的芯片(如逻辑芯片)当中,有些步骤也无法应用纳米压印。光刻技术作为主流技术,依然拥有着强大的生命力。在可遇见的未来,纳米压印技术还只会是一种补充技术。


然而笔者认为,对中国而言,有变化才会有希翼。


在光刻领域,中国处于一步落后、步步落后的状态,海外巨头份额已定,发展路径一脉相承,技术壁垒越堆越高,想要追赶和超越势比登天。


纳米压印则还非常早期,佳能虽有先发优势但也不多,谁也没比谁强多少,行业处于巨大的变革当中。国内虽然起步晚,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企业,在专利布局上也仅次于美国。


在光刻技术越来越难以前行的情况下,纳米压印光刻可能是最值得期待的路线。而大家,又走上了同一条起跑线。









举报本楼

本帖有 3 个回帖,您需要登录后才能浏览 登录 | 注册
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册 |

手机版|C114 ( 沪ICP备12002291号-1 )|联系大家 |网站地图  

GMT+8, 2024-12-25 01:06 , Processed in 0.218565 second(s), 16 queries , Gzip On.

Copyright © 1999-2023 C114 All Rights Reserved

Discuz Licensed

回顶部
XML 地图 | Sitemap 地图