納米壓印光刻技術(shù)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-07-30
納米壓印光刻技術(shù)的實(shí)例教程
CINNO Research產(chǎn)業(yè)資訊，大日本印刷與鎧俠控股（KIOXIA原東芝存儲(chǔ)器控股）和佳能合作，共同研發(fā)了「納米壓印光刻技術(shù)（NIL）」用于半導(dǎo)體制造，與使用極紫外光刻（EUV）相比，功耗僅為十分之一。盡管NIL在實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)之前還存在諸多課題，但它已經(jīng)能夠形成最先進(jìn)的電路線寬度。在產(chǎn)業(yè)界去碳化發(fā)展趨勢(shì)不斷增強(qiáng)的背景下，三家公司的方針旨在通過(guò)減少電力消耗而實(shí)現(xiàn)與其它公司差異化的同時(shí)，努力促進(jìn)該技術(shù)邁向?qū)嵱没? NIL技術(shù)通過(guò)將芯片壓印在晶圓上而形成精細(xì)的電路圖案。據(jù)大日本印刷稱，在技術(shù)研發(fā)中NIL已經(jīng)可以處理高達(dá)5nm的電路線寬。雖然在實(shí)際大規(guī)模生產(chǎn)之前還有如電路缺陷等許多問(wèn)題需要解決，但三家公司的最終目標(biāo)是確立大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)。
NIL的制造工藝簡(jiǎn)潔，不存在EUV那種消耗大量電力的問(wèn)題。大日本印刷在2021年春季根據(jù)設(shè)備的規(guī)格值進(jìn)行了一次內(nèi)部模擬。通過(guò)模擬測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在形成電路過(guò)程中每個(gè)晶圓的功耗僅為使用EUV光刻的十分之一左右。
在力求工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中削減溫室氣體排放的大趨勢(shì)下，為實(shí)現(xiàn)碳中和社會(huì)，預(yù)計(jì)半導(dǎo)體制造業(yè)對(duì)NIL的需求將會(huì)增加。三家公司將吸引那些致力于減少制造過(guò)程功耗的半導(dǎo)體制造商和用戶。
展開(kāi) 目前，納米壓印技術(shù)在ITRS中被列為下一代32nm、22nm和16nm節(jié)點(diǎn)光刻技術(shù)的代表之一。經(jīng)過(guò)近30年的研究，納米壓印技術(shù)已經(jīng)在許多方面有了新進(jìn)展，國(guó)內(nèi)外半導(dǎo)體設(shè)備制造商、材料商以及工藝商紛紛開(kāi)始涉足這一領(lǐng)域。
芯片制造領(lǐng)域，納米壓印技術(shù)挑戰(zhàn)仍在
雖然前面提到了不少納米壓印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，甚至被奉為新的行業(yè)希望，但是納米壓印技術(shù)距離大規(guī)模商業(yè)化量產(chǎn)還有一些短板沒(méi)有補(bǔ)足。
良品控制：納米壓印由于是晶圓和掩膜直接接觸，容易出現(xiàn)電路上混入細(xì)小垃圾和灰塵等的殘次品，要實(shí)現(xiàn)實(shí)用化，必須進(jìn)行制造技術(shù)和運(yùn)用方面的改良。
模板壽命低，更換成本高：不管是DUV光刻、EUV光刻還是納米壓印，最貴的耗材都是掩膜版或者壓印模板。納米壓印的模板，因?yàn)槭切枰苯咏佑|壓印膠工作的，在接觸的過(guò)程中，難免會(huì)有各種各樣的損傷或者污染，縮短模板壽命。
對(duì)準(zhǔn)復(fù)雜：壓印模板需要與承載壓印膠的基臺(tái)精確對(duì)準(zhǔn)與貼合，需要精密的機(jī)械裝置配合檢測(cè)設(shè)備實(shí)施壓印過(guò)程。然而現(xiàn)有納米壓印設(shè)備在平行與垂直對(duì)準(zhǔn)方面缺少高精密的調(diào)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)。雖然我們可以沿用紫外光刻上的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)、或者莫爾條紋技術(shù)做對(duì)準(zhǔn)，但是納米壓印不僅有固化、還有垂直方向的壓印運(yùn)動(dòng)過(guò)程，所以會(huì)帶來(lái)多方向的偏差。
展開(kāi) （文：SSC）
圖1.金納米球壓印軟干涉光刻工藝示意圖
圖2.a)各種襯底上的一維金納米球壓印軟干涉光刻示意圖。
圖3.通過(guò)膠體鏈在半導(dǎo)體薄膜上零組裝制備的雜化WPP結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性
圖4.納米器件中等離子體誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移和光催化機(jī)理
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超表面結(jié)構(gòu)單元尺寸通常有幾百納米，而細(xì)部尺寸可能僅有幾十納米。電子束光刻 (electron-beam lithography)具有高精度的優(yōu)勢(shì)，是目前人們加工超表面的首選方法。然而電子束光刻受制于成本高、產(chǎn)量低的缺點(diǎn)，不能滿足以應(yīng)用為主要目的，高產(chǎn)量加工的需求。因此，發(fā)展兼具納米精度、成本低、高產(chǎn)量的超表面加工技術(shù)是超表面從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)品應(yīng)用的核心關(guān)鍵。
論文導(dǎo)讀
有別于電子束光刻，納米壓印兼具低成本、高產(chǎn)量和高分辨率的優(yōu)勢(shì)[3]。顧名思義，納米壓印通過(guò)機(jī)械“壓印”的方式將主模板的圖形轉(zhuǎn)移到另一媒介上，如同印章過(guò)程。然而，納米壓印用于超表面加工依然存在著許多問(wèn)題。首先，超表面通常由折射率較高的材料構(gòu)成，如TiO2，Si，金屬等等。而納米壓印的材料一般折射率較低，例如PDMS。因此，壓印完成后通常需要進(jìn)行二次加工，包括沉積高折射率材料以及蝕刻垂直結(jié)構(gòu)。在此過(guò)程中，額外的加工缺陷不可避免被引入，從而破化超表面的光學(xué)性能。其次，超表面結(jié)構(gòu)單元常要求高深寬比，例如超表面透鏡。因此，在納米壓印的剝離工序中，需避免剪切力對(duì)高深比結(jié)構(gòu)的損壞。
展開(kāi) 在這種情況下，作為進(jìn)一步提高性能的方法，新一代封裝技術(shù)正在引起人們的關(guān)注。其方法就是將具有不同功能的多個(gè)芯片，如CPU和存儲(chǔ)器等，高密度地安裝在同一個(gè)基板上以提高處理速度。此次，DNP開(kāi)發(fā)出了在封裝技術(shù)中發(fā)揮關(guān)鍵作用的中繼元件“中介層”，可將多個(gè)半導(dǎo)體芯片和基板進(jìn)行電氣連接。
DNP大力發(fā)展了源于印刷工藝核心的"微縮加工技術(shù)"，將其應(yīng)用于制造繪制半導(dǎo)體電路圖案的"光掩膜"板，用于下一代圖案轉(zhuǎn)印的納米壓印光刻技術(shù)的 "模板"，以及為傳感器MEMS提供代工服務(wù)等。通過(guò)運(yùn)用在過(guò)去業(yè)務(wù)中積累的玻璃和硅基板加工以及處理技術(shù)和微縮布線技術(shù)，此次成功開(kāi)發(fā)出了高性能的中介層。
這種中介層解決了隨著微縮化布線而變得明顯的 "布線層的劣化造成的布線電阻增加和布線間絕緣性降低 "的問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)了下一代半導(dǎo)體封裝所需的高性能微縮布線。
DNP參加了由12家從事半導(dǎo)體封裝材料和設(shè)備研發(fā)公司組成的聯(lián)合體“JOINT2（Jisso OpenInnovation Network of Tops 2，昭和電工為會(huì)長(zhǎng)單位）”，目的是建立下一代半導(dǎo)體的封裝和評(píng)估技術(shù)，為2024年大規(guī)模生產(chǎn)中介層做準(zhǔn)備。通過(guò)JOINT2的開(kāi)發(fā)和與參會(huì)公司的合作，DNP將繼續(xù)推進(jìn)中介層的功能開(kāi)發(fā)和量產(chǎn)，并為促進(jìn)新一代半導(dǎo)體封裝技術(shù)的發(fā)展而做出努力。
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納米壓印光刻技術(shù)的最新內(nèi)容
該設(shè)備采用的是一種名為NIL（Nanoimprint Lithography，納米壓印光刻技術(shù)）的技術(shù)形成半導(dǎo)體線路圖案，且該技術(shù)不同于傳統(tǒng)“投影曝光”。佳能此次發(fā)售的新設(shè)備，不僅擴(kuò)充了公司產(chǎn)品陣容，還可覆蓋客戶從尖端制程、到傳統(tǒng)制程的廣范圍需求。
撰稿人 | 樸通
論文題目 | Realization of high aspect ratio metalenses by facile
因此，業(yè)界開(kāi)始寄望于納米壓印光刻技術(shù)。
在芯片制造中引入的任何新光刻技術(shù)都必須提供性能優(yōu)勢(shì)或成本優(yōu)勢(shì)。
與傳統(tǒng)的光刻技術(shù)相比，首先，納米壓印技術(shù)不需要復(fù)雜的光路系統(tǒng)和昂貴的光源，可以大幅降低制造成本。
DNP大力發(fā)展了源于印刷工藝核心的"微縮加工技術(shù)"，將其應(yīng)用于制造繪制半導(dǎo)體電路圖案的"光掩膜"板，用于下一代圖案轉(zhuǎn)印的納米壓印光刻技術(shù)的 "模板"，以及為傳感器MEMS提供代工服務(wù)等。通過(guò)運(yùn)用在過(guò)去業(yè)務(wù)中積累的玻璃和硅基板加工以及處理技術(shù)和微縮布線技術(shù)，此次成功開(kāi)發(fā)出了高性能的中介層。
金屬納米顆粒是納米技術(shù)的重要組成部分。納米粒子與光的相互作用使其具有驚人的電、光、磁等性質(zhì)，具有廣泛的應(yīng)用前景。 等離子體納米粒子可以將光以局域表面等離子激元的形式捕獲到亞波長(zhǎng)的體積中，這種增強(qiáng)的模式體積對(duì)于光化學(xué)、光物理、生物傳感、光催化、光子器件、等離子體增強(qiáng)手性、非線性物理等等都是非常重要的。然而，降低由于電子的高散射率而造成的歐姆損耗，以及用成本低廉的方法大規(guī)模組裝等離子體積木，仍然是具有
CINNO Research產(chǎn)業(yè)資訊，大日本印刷與鎧俠控股（KIOXIA原東芝存儲(chǔ)器控股）和佳能合作，共同研發(fā)了「納米壓印光刻技術(shù)
納米壓印光刻技術(shù)
納米壓印技術(shù)是美國(guó)普林斯頓大學(xué)華裔科學(xué)家周郁在20 世紀(jì)1995 年首先提出的。這項(xiàng)技術(shù)具有生產(chǎn)效率高、成本低、工藝過(guò)程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn), 已被證實(shí)是納米尺寸大面積結(jié)構(gòu)復(fù)制最有前途的下一代光刻技術(shù)之一。目前該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)分辨率達(dá)5 nm以下的水平。納米壓印技術(shù)主要包括熱壓印、紫外壓印以及微接觸印刷。
