原创 ASML劲敌跳过EUV光刻机造5nm：或可绕过美国限制！

CINNO Research产业资讯，日本佳能官网宣布，公司自2023年10月13日起开始发售一款型号为“FPA-1200NZ2C”的半导体纳米压印设备，该设备“担当”半导体制程中最重要的工序一一图形转移。该设备采用的是一种名为NIL（Nanoimprint Lithography，纳米压印光刻技术）的技术形成半导体线路图案，且该技术不同于传统“投影曝光”。佳能此次发售的新设备，不仅扩充了公司产品阵容，还可覆盖客户从尖端制程、到传统制程的广范围需求。

工厂内的FPA-1200NZ2C。（图片出自：佳能官网）

用NIL技术刻画的非半导体类3D立体结构光学晶圆（接收到光后，即分光）（图片出自：佳能官网）

传统的投影式曝光设备的工作原理是将光照射在涂覆了光刻胶（树脂）的晶圆上后烧结形成线路。而佳能此次研发的设备则采用的是一种类似于“印章”的方式，将刻有电路（Pattern，即“图案”）的掩膜（Mask，即“模具”）压印在晶圆上的光刻胶上，以此形成线路。在形成线路的过程中，由于不采用光学系统，所以可以“忠实”地将掩膜上的线路复制到晶圆上。此外，利用该设备只需一次“压印（Imprint）”即可形成复杂的2D、3D线路，有助于削减CoO（Cost of Ownership，即“购置成本”）。利用佳能的NIL 技术，可绘制出最小线宽为14纳米的线路，相当于当下最尖端的逻辑半导体的5纳米节点。另外，通过改良掩膜，还有望绘制出10纳米线路，即相当于2纳米节点。

利用NIL技术，助力实现尖端半导体的制造

此外，该款新设备还采用了佳能新研发的环境控制技术，即可有效控制设备内部微粒子的产生和混入，以此不仅可以满足半导体制程的高精度定位要求、还可减少因微粒子等异物导致的缺陷问题，助力细微、复杂线路的形成，为尖端半导体制造做出贡献。

结构简易、设备环保

该设备不像传统的投影曝光机一样通过调整光的波长来实现线路的微缩化，因此利用该设备形成5纳米节点（即线宽15纳米）所消耗的电力远低于投影曝光技术，且有助于削减二氧化碳排放。

可用推广至半导体以外的其他诸多应用领域

由于利用该设备可一次性形成3D线路，因此除半导体（如逻辑半导体、存储半导体等）应用外，还可应用于其他诸多领域，如具有纳米级结构的XR方向的超透镜（Meta-lens）等。

【主要特点】

（1）利用NIL技术助推尖端半导体制造。

●该设备采用NIL技术，即将掩膜（Mask，即“模具”）直接按压在晶圆的光刻胶上，从而“忠实”地将掩膜上的线路复制到晶圆上。佳能利用在喷墨打印机（Inject Pinter）领域中积累的“喷墨技术”，依据电路图案调整光刻胶，并在最准确的位置涂覆最合适的量。最后，将掩膜对准涂覆有光刻胶的晶圆，以极高的精度对正确的位置进行“压印”，形成线路。

NIL技术中采用的压印掩膜（Mask）掩膜的放大图（图片出自：佳能官网）

●仅需一次“压印”，即可形成复杂的2D、3D线路图案。

（研发事例）利用NIL技术形成的2D、3D线路图（图片出自：佳能官网）

●佳能综合研发了硬件、软件、材料、环境控制（如有效控制设备内部微粒子的产生、混入）等技术，并在1纳米以下的精度内测量位置、调整掩膜和晶圆的位置、去除微小粒子。以此不仅可以提升半导体厂家的生产效率，而且可以形成极细、复杂的线路，为生产尖端半导体做出贡献。

●与传统的投影曝光技术不同，该设备的对准技术采用的是“逐个芯片对准（Die by Die Alignment）”的方式，即在每次压印过程中进行“位置（Shot）对齐”。此外，还通过调整激光光的热分布来促使晶圆产生热膨胀，再利用晶圆的热膨胀高精度调整线路歪曲问题。

左图：采用“逐个芯片对准（Die by Die Alignment）”的方式，即逐个对准位置。右图：通过调整热分布，修正线路歪曲问题。（图片出自：佳能官网）

●通过将高精度过滤器（Filter）、空气帘(Air Curtain)引入该设备，有效除去设备内部的微小颗粒异物。

左图：设备内部颗粒物控制技术。右图：利用“空气帘”控制颗粒物产生（图片出自：佳能官网）

（2）结构简易、设备环保。

●与传统的投影曝光技术相比，NIL技术工艺易行，设备体积小，仅需较低的功耗即可形成精细线路。NIL技术所消耗电力仅为传统投影曝光设备的1/10，同时也有助于削减二氧化碳排放。

（3）可应用于半导体以外的领域。

●由于该设备可一次“压印”形成3D线路，因此除逻辑半导体、存储半导体等应用外，还可应用于具有纳米级结构的XR方向的超透镜（Meta-lens）等其他诸多领域。

利用NIL技术可一次性形成如超透镜（Meta-lens）般的形状。（上图：在实施NIL技术后，蚀刻加工的SEM照片）。（图片出自：佳能官网）

【参考】

●传统的投影曝光设备的结构

在传统的投影曝光工艺中，使用多个镜头（Lense）来曝光在光罩（Reticle，即“原版、掩膜版”）上绘制的线路图案。

【半导体曝光设备市场动向】

如今半导体制造行业，环保要求愈来愈严格。如果NIL技术被应用于最尖端的半导体制程，相较于当下最先进的逻辑半导体所采用的投影曝光技术，可将消耗电力削减至1/10，从而大幅度削减二氧化碳排放。