Дешевле, чем ASML

Монополия нидерландской компании ASML (Advanced Semiconductor Materials Lithography) на производство EUV-фотолитографов, необходимых для производства микроэлектроники, не устраивает очень многих производителей микроэлектроники в мире. Тем более что эта монополия используется США (а от них зависят и Нидерланды, и сама компания ASML), которые запрещают поставку этого оборудования в некоторые страны, в нем нуждающиеся, для оказания давления на них. В первую очередь речь идет о России и Китае. Вот почему наши страны ведут собственные разработки таких установок. Об усилиях России в этом направлении, в частности, довольно подробно говорилось на форуме «Микроэлектроника 2023». Китай также занимается созданием таких установок, причем использующих синхротронное излучение.

Но монополия ASML не устраивает производителей и в других странах, которые ищут свои решения еще и потому, что фотолитографы этой компании стоят не просто дорого, а очень дорого. Цена самых современных установок достигает 250 млн долларов. Многие годы над решением этой задачи работает компания Canon, которая в октябре этого года сообщила о серьезных успехах на этом направлении: ее станки для печати 5-нм чипов, заявила Canon, в десять раз дешевле машин ASML. Причем японская компания идет своим путем, используя в своих установках технологию наноимпринтинга (nanoimprint), то есть, попросту говоря, штамповки — механической деформации резиста для отпечатков, а не его засветки, как в традиционной оптической фотолитографии. Получение разрешения 5 нм — выдающееся достижение. Такое оборудование компания уже готова поставлять заказчикам. Более того, она заявила о намерении достичь уровня 2 нм, что пока составляет проблему и для EUV-фотолитографии.

Термин «наноимпринтная литография» (НИЛ), или наноимпринтинг, впервые появился в литературе в 1990-е. Общая идея этой технологии — прямое воздействие штампа на специальный резист для получения в нем отпечатка-рельефа для дальнейшего его переноса на полупроводниковую пластину.

В отличие от других способов литографии в микроэлектронике наноимпринтинг не требует сложных и дорогостоящих оптических или электронно-лучевых систем. Оказалось, что с помощью такой штамповки можно создавать элементы размером в единицы нанометров. Такое разрешение пока возможно только с использованием электронной либо рентгеновской литографии на очень дорогостоящем оборудовании. Таким образом, главные преимущества НИЛ — низкая стоимость, простота и потенциальная возможность достижения высокого разрешения (ширина элемента ≤10 нм). А некоторые разработчики утверждают, что производительность этого метода выше, чем у оптической фотолитографии. Впрочем, опрошенные нами специалисты в этом сомневаются.

Скупов А. Наноимпринтная литография. Материалы и технологии / Вектор высоких технологий. № 3 (32). 2017./ 3dnews.ru

Существуют два основных метода НИЛ: термическая и ультрафиолетовая (УФ). В первом случае штамп вдавливается в полимер, нагретый выше температуры стеклования, затем происходит его охлаждение и извлечение штампа. Во втором случае штамп, изготовленный из прозрачного для УФ-излучения материала, погружается в жидкий полимер, который отверждается под действием ультрафиолета, после чего происходит извлечение штампа.

Штамп для термической НИЛ обычно изготавливается из металла (например, никеля) или кремния. Для УФ НИЛ применяют кварц или полимеры. Для изготовления штампов используется электронная литография. Во многом этот процесс сходен с изготовлением фотошаблонов для оптической литографии.

Отличием является только необходимость формирования глубокого (0,1‒2 мкм) рельефа на поверхности подложки. На рынке есть ряд компаний, которые изготавливают такие штампы. К штампу предъявляются повышенные требования по плоскопараллельности и бездефектности. В отличие от оптической литографии высокого разрешения, где на подложке формируется уменьшенное в несколько раз изображение фотошаблона, печать выполняется в масштабе 1:1. Это означает, что к штампу применяются повышенные требования по дефектам — практически полное их отсутствие. Перед проведением процесса НИЛ штамп покрывается специальным антиадгезионным покрытием. Это позволяет избежать прилипания резиста к штампу при его отделении от подложки. Хотя на 100% избежать этого не удается, что приводит к появлению дополнительных дефектов.

Как при термической, так и при УФ НИЛ при создании отпечатка очень сложно обеспечить полный контакт поверхности подложки и выступающей площади штампа. После печати неизбежно остается тонкий слой резиста, который удаляют с помощью плазменного травления.

Наноимпринтная литография существует уже более двадцати лет, однако эта технология не получила значительного распространения, в первую очередь потому, что EUV-фотолитографы, производимые ASML, показали превосходные результаты при производстве сложных микросхем.

Но Canon, которая разрабатывает свою технологию НИЛ с 2004 года, делает ставку на то, что ее более дешевое решение сможет быть использовано для самостоятельного производства передовых микрочипов небольшими компаниями, у которых нет возможности приобретать машины ASML.

Источники

Canon’s Advanced Chip Machines to Cost a Fraction of ASML’s Best 

Скупов А. Наноимпринтная литография. Материалы и технологии / Вектор высоких технологий. № 3 (32). 2017.