[003-1]佳能(Canon)「Nano-imprint(奈米壓印微影)」技術

閱讀時間約 4 分鐘

奈米壓印微影技術是一項近年來備受關注的新興製程方法,其核心概念是利用電子束或光學微影的方式製作光罩模具,然後將這些模具上的圖案重複地壓印在光阻劑上,從而形成微小的圖案。這種技術具有快速、高效的特點,能夠大量製作100奈米以下的圖形,並且廣泛應用於軟性電子產品製造以及先進製程中。


傳統的光學微影技術是將光阻劑塗布在矽晶圓表面,然後利用紫外光曝光,被照射到的區域會發生化學反應容易被溶解,形成圖案。相比之下,奈米壓印微影技術則是利用模具直接壓印光阻劑,形成圖案。這種技術不僅可以製作複雜的二維或三維圖案,還可以將圖案製作到5奈米以下,因此在實際應用中具有許多優勢。


傳統的光學微影技術在大量製造方面具有優勢,但難以製作5奈米以下的結構,因此需要使用高成本的極紫外光。而電子束微影技術可以製作5奈米以下的結構,但製程速度慢,不適合大量生產。相比之下,奈米壓印微影技術兼具大量製造和高精度製程的優勢,因此在製程效率和成本控制方面具有顯著的競爭力。


佳能公司在奈米壓印微影技術的開發中,主要集中在光阻劑的控制技術。光阻劑是一種特殊的材料,它需要精確的控制光罩模具壓印時的位置和壓力,以確保形成圖案的準確性和一致性。此外,光阻劑的噴射控制技術也是關鍵,需要計算最佳的應用分佈並精確地分配光阻劑到晶圓表面。


佳能公司的突破還體現在其對噴墨印表機技術的深厚理解。奈米壓印微影技術的核心是利用光罩模具對光阻劑進行壓印,形成所需的微小圖案。佳能公司開發了專用的演算法,以確保光阻劑的最佳分佈,根據光罩模具上的凹凸圖案進行調整。這些演算法考慮到光阻劑在壓印過程中的行為,以確保其能夠準確填充光罩模具的凹部,形成完整的圖案。


為了實現光阻劑的準確分佈,佳能公司開發了一套噴頭管理系統,能夠獨立管理、控制和調整每個噴頭的狀態和路徑。這種系統基於佳能在噴墨技術方面的豐富經驗,實現了光阻劑的精準應用。


在選擇最佳的光阻劑材料方面,佳能公司也做出了重要貢獻。與傳統的微影設備不同,奈米壓印微影技術直接將光罩模具與光阻劑接觸,因此光阻劑的選擇對設備的性能影響深遠。佳能公司花費了大量時間開發光阻劑材料,以確保其具有良好的填充性、硬化速度和與光罩模具之間的分離性。


另一個關鍵因素是奈米級對準技術。由於元件的結構在奈米等級,因此不同層之間必須實現精準對準。佳能公司開發了一套專用的對準系統,利用雷射照射使晶圓產生熱變形,從而實現奈米級對準。


為了進一步提高對準精度,佳能公司利用了數位微鏡DMD晶片技術,該技術包括數百萬個微小的反射鏡,可以精確地控制光的位置和模式,從而實現晶圓的精確變形。


在整個製程中,消除微粒污染也是一個重要挑戰。微粒污染是半導體製造中最令人頭痛的問題之一,可能導致元件缺陷並破壞光罩模具。為了解決這個問題,佳能公司開發了一系列技術,包括高性能過濾器和空氣窗簾結構,以確保設備內部的空氣是乾淨的。


總的來說,奈米壓印微影技術在半導體製造領域具有巨大的應用潛力,尤其是在重複結構的元件製造中。儘管技術仍在不斷發展和優化中,但已經展示了顯著的成果,並吸引了眾多半導體製造商的關注和投入。佳能公司在奈米壓印微影技術方面的突破源於其對噴墨印表機技術的深厚理解,以及對光阻劑材料、對準技術和微粒控制技術的不懈努力。這些技術的成功應用使得奈米壓印微影技術在製造業中具有更廣泛的應用前景,特別是在半導體製造領域。


【Reference】

1.https://www.youtube.com/watch?v=rp6ivp7XCAk
先進製程成本將大幅降低!?挑戰ASML極紫外光!Canon奈米壓印微影(NIL)技術,不用極紫外光(EUV)也能量產2奈米如何做到?

2.https://www.nikkei.com/article/DGXZQOUC208LU0Q3A221C2000000/
キヤノン、ASML独走に待った ナノインプリントの実力(日文)

3.https://global.canon/en/technology/nil-2023.html
An Innovator Drastically Changing Convention in the Semiconductor Industry
Nanoimprint Lithography(英文)

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我就是個什麼都不懂的素人,但又很想了解人類發展的歷史上發生了什麼事,現在進行式,未來又會發生什麼事。所以自己慢慢查找資料,做為自我學習。
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