纳米压印光刻技术在半导体制造中的兴起

我们知道,半导体器件的制作和生产主要需要依赖于光刻技术。然而,具有更高性能的新设备的出现以及对复杂图案和生物相容性的需求引发了人们对新颖且低成本图形化工艺的需求。

当前,各种光刻技术都在争提出各种改进技术。但最有前途的是纳米压印光刻技术(NIL),它已发展成为一种潜在的具有成本效益的解决方案,可以在较大的表面上压印出纳米级图案。

图1 奥地利研究–专业教授,哈特维格·佐尔格(HartwigZörgl)

纳米压印技术是基于机械复制,不受光学衍射的限制。它是一种有实现低于5nm的分辨率的潜力的技术,并以非常低的成本实现非常好的关键缺陷(CD)控制。

因此,由于巨大的性能潜力,NIL可以满足广泛的半导体应用。对于光学光子元件、生物技术设备或生物芯片以及存储存储器应用方面已经形成了与全息光刻,注塑成型和高端极紫外(EUV)光刻设备的竞争局面,这似乎是一条可行的降低成本的途径。

尽管NIL设备业务仍是半导体应用的利基市场,但预计其复合年增长率将超过20%,到2024年生产时的年收入将达到约1.45亿美元。

YoleDéveloppement在其《2019年半导体应用的纳米压印技术趋势》报告中估计,2018年包括研发和生产在内的整个半导体NIL设备市场价值约为6,000万美元至8,000万美元。

图2 2018-2024年纳米压印设备市场发展

如今,对光学光学元件的需求推动了对NIL的需求,这些光学元件要求具有精细而复杂的图案从而实现在增强现实(AR/VR),3D传感和数据通信/电信领域中的应用。此外,NIL也为依赖微/纳米级生物相容性材料的生物芯片提供了重要的实现途径。

由于高端的Stepper在高分辨率下的成本太高,因此NIL工艺也引起了人们对于存储存储器应用的关注,他们希望用用纳米压印技术替代昂贵stepper光刻机实现分辨率低于20 nm的应用。因此,对于下一代3D NAND存储器,NIL在大批量生产中是极具吸引力的成本效益选择。

图3 不同应用对光刻分辨率的需求图

从制造的角度来看,AR/VR、3D传感和光通信通信应用推动了光学光子元件的NIL设备市场。这些应用的发展也成就了纳米压印行业的设备制造商,如:Canon、EVG、Obducat,Nanonex、SUSS等,另外近年来随着国内微纳米市场的发展,国内纳米压印设备厂商也越来越活跃,在国内推动微纳光学应用起到了重要的作用。

相比于纳米压印设备,我们很少关注到压印胶。笔者认为,压印胶的重要程度可能不亚于光刻胶,同样是实现高分辨率,但是在与微纳光学器件的生产中压印胶承担的是功能材料,是需要保留的材料,这种要求比光刻胶苛刻的多,因为光刻胶更多的只是媒介,在后续的工艺中并不保留。因此我们会对压印胶的分辨率、折射率、老化寿命、黄化、与衬底的粘附性、剥落性能甚至是硬度都有着较高的要求。相信随着微纳米结构在微纳光学应用的深入,压印胶特别是针对单一应用的定制化压印胶会更加重要。

原文作者Amandine PizzagalliYoleDéveloppement(Yole)的技术与市场分析师, 本文在原作者的基础上整理并补充后发布,仅供参考。
原文来源:https://www.i-micronews.com/the-rise-of-nanoimprint-lithography-in-semiconductor-manufacturing/?cn-reloaded=1
资料来源:www.yole.fr

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