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“纳米压印光刻”加速半导体制造的碳中和

随着智能手机、平板电脑等数字设备的演进,以及第五代移动通信系统(5G)和物联网(IoT)的普及,半导体产品变得日益复杂。为了实现这一点,制造过程中需要更精细的电路和巨大的功率,因此近年来,市场对兼具小型化和低功耗的新型半导体制造技术的需求日益增长。为了应对这些挑战,DNP公司基于其多年积累的微细加工技术,开发了纳米压印光刻(NIL)技术。该技术有望成为下一代半导体制造的关键组成部分。我们将揭开这项创新技术——纳米压印光刻背后的秘密。

面向下一代半导体技术课题的解决

1969年,在半导体相关产业于日本及海外兴起之初,DNP利用其专有的光刻技术成功研制出光掩模原型,即半导体电路图案的原始版材。由于电路的小型化和集成化对于提高半导体的加工速度至关重要,此后50多年来,DNP持续致力于微细加工技术研究和商业化,以制造“更精细”、“更精确”的产品。

一种用光照射涂有光敏材料的基板表面并根据是否曝光形成图案的技术。DNP开发了用于制作印刷版 (印刷版) 的过程中的光刻技术,以及需要nm (纳米,10亿倍1米)单位精度的光掩模和μm (微米,100万倍1米)单位的液晶显示器我们已将其应用于滤色器的制造等。

在2010年代后半期,需要采用传统紫外线曝光无法处理的精细电路设计,并且迫切需要开发下一代半导体的制造技术。出现了“波长13.5nm”和“EUV光刻”,通过照射波长比传统紫外线短的极紫外线 (EUV) 来实现超细电路图案。由于它基于传统的光刻技术,到目前为止还可以利用与半导体制造相关的许多努力,并且作为下一代技术之一已经投入实际使用,但随着半导体的小型化,存在功耗增加的问题。

半导体制造有随着微细化的发展消耗电力增加的倾向。还有数据显示,制造一片线宽为5nm的晶圆相当于当前最先进的设备,在普通家庭中消耗大约4个月的电力。展览:IEDM2020

此外,政府是一个强大的数字基础设施,支持绿色增长战略,这是一项创造“经济与环境良性循环”的产业政策,将绿色和数字定位为汽车的两个轮子,作为支持半导体市场的技术条件,预计将扩大以加强数字基础设施,降低制造过程中的功耗至关重要。因此,纳米压印光刻通过与EUV光刻不同的方法挑战了低功耗和低成本的制造。

纳米压印光刻将功耗降低到1/10

纳米压印光刻是将形成了电路图案的模板 (印版) 像印章一样压在基板上的树脂等上,将nm单位的超微细凹凸图案转印到树脂等上的技术。

将模板 (印版) 压在涂布在基板上的未硬化状态的UV硬化树脂上,通过利用紫外线的化学反应使其硬化,复制电路图案的凹凸。除了能够形成比以前更精细的电路之外,还可以简化工艺,例如不需要现有光刻技术所需的显影过程,因此可以实现低成本和低功耗的制造。

自2003年以来,DNP一直致力于开发用于纳米压印光刻电路图案的模板 (版本) 。基于多年来积累的专业知识,2015年4月,从模板设计到原型生产和批量生产一站式解决方案我们发布了业界第一个 (当时) 解决方案“DNP纳米压印解决方案”。

2021年,佳能株式会社、Kiokushia株式会社和DNP 3家公司合作开发了纳米压印光刻技术,成功地将半导体制造的耗电量抑制到了传统方法的约1/10。通过这样做,我们相信我们可以为旨在实现碳中和的整个制造商做出巨大贡献,例如降低制造成本。

  • 佳能负责压印设备技术,将印版图案准确地转移到基板上,Kiokushia负责半导体制造技术,以准确地处理基板上的图案。DNP利用在光掩膜中培养的技术,负责在纳米压印光刻中发挥核心作用的模板 (版) 的制造。

这些特性的实现,是因为与使用曝光的传统光刻技术不同,纳米压印光刻不存在光的衍射效应。使用光刻的工艺难以绘制小于光波长的电路图案,制造线宽为40纳米或更小的半导体器件需要特殊的工艺,这导致工作量和成本的增加。因此,DNP专注于其多年来在印刷工艺中积累的微细加工技术,并通过反复试验,结合多种技术和专业知识,最终诞生了纳米压印光刻技术。

着眼于下一代的需求,以进一步进化为目标的纳米压印光刻技术

目前,世界上只有DNP拥有大规模生产纳米压印光刻模板的技术,我们已经在努力在操作场景中提取问题。今后,我们将着眼于半导体微细化需求的不断增长,以进一步升级为目标,每天继续进行研究。

据制定半导体发展蓝图的国际业界团体“IRDS (International Roadmap for Device and Systems)”预测,2030年以后半导体所要求的线宽将降至10nm以下,今后半导体的微细化仍将继续发展。展览:IRDS 2020 SPIE会议

此外,DNP还利用纳米压印光刻的制造方法开发三维形状模板,该方法通过将电路图案中的印版凹凸压在基材上来转移。通过采用这种方法,可以形成自由的三维形状,因此有望实现前所未有的新元件和功能。我们已经制作了各种形状的样品,并有望在未来应用于三维模板。

配线加工模板 (双达机配线)
高长宽比微柱
自由三维模板
锥体形状模板

在经济产业省于2021年6月宣布的“半导体和数字产业战略”中,基于半导体的数字化被定位为“所有行业的基础”,半导体产业的重要性日益增加我会的。DNP一直在推动半导体制造光掩膜市场的发展,致力于广泛领域的研发,从半导体小型化,半导体制造低功耗到模板三维化等下一代主题我在做。今后,我们将继续以纳米级尖端技术为中心,满足半导体应用在社会各个领域的需求。

在经济产业省的“半导体和数字产业战略”中,为了解决碳中和,区域创造,出生率下降和人口老龄化等社会问题,有必要从半导体到数字基础设施〜数字产业〜所有行业有人指出,数字化传播是不可或缺的。

微型柱:DNP的微细加工技术——持续领先

1970年大阪世博会上,DNP展出了一款采用当时最先进的微细加工技术的“百年日历”。人们在展厅外排起长队,惊叹于制作这款微型日历所采用的惊人技术。
这在当时是一项突破性的、高精度的展览,它将一个百年日历雕刻在一块1.5厘米见方的硅晶片上。20世纪70年代初半导体的标准线宽为10微米,而这个“百年日历”的图案宽度仅为5微米,充分展现了DNP技术的先进能力。
如今,这项技术已经发展到可以在同样的 1.5 平方厘米的区域内绘制“100 万年日历”的程度,这比 50 年前大了 10000 倍。

  • 记载的信息是公开日现在的东西。请事先了解。

2021年12月6日发现DNP编辑部