Con la evolución de dispositivos digitales como teléfonos inteligentes y tabletas, y la expansión de los sistemas de comunicaciones móviles de quinta generación (5G) y el IoT, los productos semiconductores se vuelven cada vez más sofisticados. Para lograrlo, se requieren circuitos cada vez más finos y enormes cantidades de energía durante la fabricación, por lo que en los últimos años ha surgido una demanda de nuevas tecnologías de fabricación de semiconductores que combinen la miniaturización con un bajo consumo de energía. Para abordar estos desafíos, DNP ha desarrollado la litografía de nanoimpresión (NIL), una tecnología que se espera sea un componente clave en la fabricación de semiconductores de próxima generación, basada en la tecnología de microfabricación que ha cultivado durante muchos años. Descubriremos los secretos de esta nueva innovación: la litografía de nanoimpresión.
Hacia la solución de los desafíos tecnológicos de los semiconductores de próxima generación
DNP creó con éxito un prototipo de fotomáscara, la placa original para patrones de circuitos semiconductores, utilizando su tecnología de litografía patentada en 1969, en los albores del negocio relacionado con los semiconductores tanto en Japón como en el extranjero. Dado que la miniaturización y la integración de circuitos son esenciales para mejorar la velocidad de procesamiento de los semiconductores, durante más de 50 años desde entonces, DNP ha seguido investigando y comercializando tecnologías de microfabricación para fabricar productos "más finos" y "más precisos".
Una tecnología en la que se irradia luz sobre la superficie de un sustrato recubierto con un material fotosensible, formándose patrones según la exposición del sustrato a la luz. DNP ha desarrollado la tecnología de litografía, utilizada previamente en la fabricación de planchas de impresión, y la ha aplicado a la fabricación de fotomáscaras, que requieren una precisión en nm (nanómetro, una milmillonésima parte de un metro), y filtros de color para pantallas de cristal líquido, que requieren una precisión en μm (micrómetro, una millonésima parte de un metro).
En la segunda mitad de la década de 2010, la demanda de diseños de circuitos más finos se volvió más urgente de lo que la exposición a la luz ultravioleta convencional podía soportar, lo que impulsó el desarrollo de tecnologías de fabricación de semiconductores de nueva generación. Esto condujo al surgimiento de la "litografía EUV", que utiliza luz ultravioleta extrema (EUV) con una longitud de onda de 13,5 nm, una longitud de onda más corta que la luz ultravioleta convencional, para crear patrones de circuitos ultrafinos. Al basarse en la tecnología de litografía convencional, es posible aprovechar muchos de los esfuerzos realizados en la fabricación de semiconductores hasta ese momento, y se ha puesto en práctica como una de las tecnologías de nueva generación. Sin embargo, existía el problema del aumento del consumo de energía durante la fabricación a medida que los semiconductores se miniaturizaban.
Cuanto más miniaturizada se vuelve la fabricación de semiconductores, mayor tiende a aumentar el consumo de energía. Hay datos que muestran que la fabricación de una oblea con un ancho de línea de 5 nm, equivalente a los dispositivos más avanzados actuales, consume la misma cantidad de electricidad que un hogar promedio en aproximadamente cuatro meses. Fuente: IEDM2020
Además, el gobierno ha posicionado su Estrategia de Crecimiento Verde, una política industrial que busca crear un círculo virtuoso entre la economía y el medio ambiente, con el respaldo de una sólida infraestructura digital, donde lo verde y lo digital son las dos ruedas de un automóvil. Reducir el consumo de energía durante la fabricación también es una condición técnica esencial para impulsar el mercado de semiconductores, que se espera que se expanda junto con el fortalecimiento de la infraestructura digital. Por lo tanto, se ha desarrollado la litografía de nanoimpresión, un enfoque diferente de la litografía EUV, para abordar el desafío de la fabricación de bajo consumo y bajo coste.
La litografía por nanoimpresión reduce el consumo de energía a 1/10
La litografía por nanoimpresión es una tecnología que transfiere proyecciones y huecos ultrafinos a escala nanométrica sobre un sustrato u otro material, como resina, presionando sobre ella una plantilla (placa) con un patrón de circuito como si fuera un sello.
La plantilla se presiona contra resina curable por UV sin curar aplicada al sustrato, y la irregularidad del patrón del circuito se transfiere curándola a través de una reacción química con luz ultravioleta. Además de poder formar circuitos más finos que antes, esta tecnología simplifica el proceso al eliminar el paso de desarrollo requerido en la tecnología de litografía existente, lo que permite una fabricación de bajo costo y bajo consumo de energía.
DNP ha estado desarrollando plantillas de patrones de circuitos para litografía por nanoimpresión desde 2003, y en abril de 2015, aprovechando el conocimiento que ha cultivado durante muchos años, lanzó la Solución DNP Nanoimprint, la primera solución integral de la industria (en ese momento) para todo, desde el diseño de plantillas hasta la producción de prototipos y la producción en masa.
- 2015年4月15日ニュースリリース
ナノインプリント技術を活用した市場創出型超微細加工の新ビジネスを開始
https://www.dnp.co.jp/news/detail/1187550_1587.html
En 2021, Canon Inc., Kioxia Corporation y DNP desarrollaron conjuntamente la litografía de nanoimpresión *, que ha logrado reducir el consumo energético en la fabricación de semiconductores a aproximadamente una décima parte del de los métodos convencionales. Esto nos permitirá reducir los costes de fabricación y creemos que contribuirá significativamente a todos los fabricantes que aspiran a la neutralidad de carbono.
- Canon es responsable de la tecnología de equipos de impresión que transfiere con precisión el patrón de la placa al sustrato, mientras que Kioxia es responsable de la tecnología de fabricación de semiconductores que procesa con precisión el patrón en el sustrato. DNP está utilizando la tecnología que ha cultivado en fotomáscaras para fabricar las plantillas (placas) que juegan un papel central en la litografía de nanoimpresión.
Estas características se logran porque, a diferencia de la litografía convencional por exposición, no existe el efecto de difracción de la luz. Con los procesos que utilizan luz, es difícil dibujar patrones de circuitos más pequeños que la longitud de onda de la luz, y se requieren procesos especiales para fabricar semiconductores con anchos de línea de 40 nm o menos, lo que implica un mayor esfuerzo y costos. Por lo tanto, DNP se centró en la tecnología de microfabricación que ha cultivado durante muchos años en procesos de impresión y, mediante ensayo y error, combinando diversas tecnologías y conocimientos, nació la litografía de nanoimpresión.
La litografía por nanoimpresión apunta a una mayor evolución anticipándose a las necesidades de la próxima generación.
Actualmente, DNP es la única empresa del mundo que posee la tecnología para producir en masa plantillas litográficas de nanoimpresión y ya trabaja para identificar problemas en escenarios operativos. De cara al futuro, continuaremos investigando a diario para seguir mejorando la tecnología, anticipándonos a la creciente necesidad de miniaturización de semiconductores.
Según el IRDS (International Roadmap for Devices and Systems), un grupo industrial internacional que crea una hoja de ruta para semiconductores, se prevé que el ancho de línea requerido para los semiconductores sea de 10 nm o menos a partir de 2030, y se espera que la miniaturización de los semiconductores siga avanzando. Fuente: Reunión SPIE del IRDS 2020.
DNP también está desarrollando plantillas tridimensionales mediante el método de fabricación por litografía de nanoimpresión, que transfiere las irregularidades del patrón del circuito presionándolo contra un sustrato. Este método permite crear formas tridimensionales libremente, lo que se espera que conduzca a la creación de nuevos elementos y funciones nunca antes vistos. Ya se han producido muestras de diversas formas y se prevén futuras aplicaciones para plantillas tridimensionales.
Plantilla de procesamiento de cableado (cableado de doble damasquinado)
Micropilares de alta relación de aspecto
Plantilla 3D de forma libre
Plantilla en forma de cono
La importancia de la industria de semiconductores está en aumento, con el anuncio del Ministerio de Economía, Comercio e Industria (METI) de su Estrategia para la Industria Digital y de Semiconductores en junio de 2021, que posiciona la digitalización basada en semiconductores como la base de todas las industrias. DNP, líder en el mercado de fotomáscaras para la fabricación de semiconductores, se dedica a la investigación y el desarrollo en una amplia gama de campos, desde la miniaturización de semiconductores y la reducción del consumo energético durante su fabricación hasta temas de última generación, como la creación de plantillas tridimensionales. De cara al futuro, DNP seguirá satisfaciendo la creciente necesidad de utilización de semiconductores en diversos ámbitos de la sociedad, centrándose en la tecnología de vanguardia a escala nanométrica.
La "Estrategia de la Industria Digital y de Semiconductores" del Ministerio de Economía, Comercio e Industria señala que para resolver problemas sociales como la neutralidad de carbono, la revitalización regional y la disminución de la tasa de natalidad y el envejecimiento de la población, es esencial expandir la digitalización de los semiconductores a la infraestructura digital, las industrias digitales y todas las industrias.
Mini columna: Tecnología de microfabricación de DNP: un líder continuo
En la Expo de Osaka de 1970, DNP exhibió un "Calendario de 100 Años" que utilizaba tecnología de microfabricación de vanguardia para la época. La gente hacía fila en la sala de exposiciones, maravillada por la increíble tecnología empleada para crear el diminuto calendario.
Esta fue una exhibición pionera y de alta precisión en su momento, en la que se grabó un calendario de 100 años en una oblea de silicio cuadrada de 1,5 cm. Mientras que el ancho de línea estándar para semiconductores a principios de la década de 1970 era de 10 μm, el "Calendario de 100 años" logró un patrón con un ancho de 5 μm, demostrando las avanzadas capacidades tecnológicas del DNP.
Hoy en día, esta tecnología ha evolucionado hasta el punto de que es posible trazar un "calendario de un millón de años" en la misma área cuadrada de 1,5 cm, que es 10.000 veces más grande que hace 50 años.
- Tenga en cuenta que la información proporcionada está actualizada a la fecha de publicación.
6 de diciembre de 2021 por el Departamento Editorial de Discover DNP
