随着半导体芯片不断微缩，传统光学光刻技术在功耗等方面面临的挑战日益突出。为应对这些问题，佳能开发了纳米压印光刻（Nanoimprint Lithography，NIL）技术。自2023年推出搭载NIL技术的设备以来，相关客户正在持续进行最后阶段的调整，以优化半导体制造中的大规模量产流程。
近日，佳能在官网发布技术访谈，介绍了NIL技术在量产应用过程中面临的工程挑战，以及研发团队为提高工艺精度、优化制造流程所开展的工作。佳能光学产品事业部门的两名工程师佐藤隆宏（Takahiro Sato）和七条真人（Masato Shichijo）分享了相关研发经验，并介绍了这项技术未来的发展方向。
一、从光学投影到直接压印，功耗有望降低约90%
传统光学光刻可以理解为利用光线投射电路图形，而NIL则更接近于“盖章”。
根据佳能的介绍，NIL使用一块刻有电路图形的模板，也就是掩模（Mask），将其直接压在涂覆于晶圆表面的树脂上，从而转移电路图形。
与传统光学光刻需要进行重复曝光不同，NIL能够在单个步骤中一次性形成复杂结构。由于不需要利用光源形成电路图形，该技术还具有显著的能耗优势，功耗可降至传统方法的约十分之一。
不过，直接接触也带来了新的技术挑战。
半导体芯片需要通过多层结构叠加制造，因此不同层之间必须实现纳米级的高精度套刻。如果掩模与晶圆接触时夹入颗粒等异物，不仅可能造成图形缺陷，还可能损伤掩模。
如何在发挥NIL低功耗优势的同时，确保图形转移精度和制造稳定性，成为这项技术走向量产必须解决的问题。
二、晶圆边缘与套刻精度，成为工程攻关重点
在NIL的研发过程中，晶圆边缘区域的图形转移是一项重要难题。
佐藤隆宏介绍，由于晶圆是圆形，而掩模及曝光区域具有矩形结构，两者在形状上存在差异，导致晶圆周边区域的接触容易出现不稳定情况。这类区域被称为部分曝光场（Partial Field）。
研发团队需要针对晶圆边缘区域设计相应工艺，不仅要考虑边界条件，还必须兼顾后续加工步骤的影响，包括去除多余图形的蚀刻工艺，以及赋予器件电气特性的相关工艺。
这意味着，图形转移不能仅仅满足单一工序的精度要求，还需要考虑后续加工环节，确保最终结果能够达到与传统技术相当的水平。
另一项挑战来自量产过程中的图形转移精度。
七条真人回忆，为了达到设计规定的目标精度，他曾花费一个多月分析大量数据，最终找到了细微误差的根本原因，并通过改进硬件解决了问题。
这些经历反映出，NIL从技术开发走向实际生产，需要不断处理设备、工艺与量产条件之间的复杂问题。单纯实现图形压印并不足够，设备还必须在实际制造环境中持续满足精度要求。
三、从单台设备到整条产线，量产优化不能只靠NIL
对于NIL而言，设备本身的性能并不是实现量产的唯一条件。
佐藤隆宏表示，客户无法将NIL作为一个完全独立的系统运行。佳能需要与集团内相关公司密切合作，进一步提升设备在半导体制造中的精度，同时优化整个制造流程，包括掩模清洗系统等配套设备。
这表明，NIL的实际应用涉及的不只是压印设备，还包括与之配套的工艺和设备体系。只有这些环节能够协同工作，才能更好地满足量产要求。
晶圆表面形貌也是影响制造效果的重要因素。
在反复进行沉积和布线等工艺后，晶圆表面可能形成细微的起伏。这些表面形貌变化可能导致对准误差，进而影响生产效率。
针对这一问题，佳能将NIL应用于一种名为喷墨自适应平坦化（Inkjet-based Adaptive Planarization，IAP）的平坦化技术，通过该技术使晶圆表面形貌更加均匀。
因此，佳能正在探索的不仅是NIL在图形转移方面的应用，也包括利用相关技术应对晶圆表面平坦化问题。根据公司工程师的介绍，扩大应用范围，并解决客户制造现场遇到的实际问题，将是推动NIL走向实用化的关键。
四、延长掩模寿命、降低成本，仍是下一阶段重点
尽管NIL已经进入客户量产流程的优化阶段，但要进一步提升其实际应用能力，仍有不少工作需要完成。
佐藤隆宏表示，佳能下一阶段的目标，是进一步增强NIL在整个量产流程中的综合能力，包括充分延长掩模使用寿命、降低成本，并将技术完善到客户能够像使用传统设备一样方便地操作。
他同时指出，佳能目前在NIL技术能力方面领先竞争对手一步，但量产工艺能力的提升仍然是一项持续进行的挑战。
七条真人则表示，NIL正在进入客户现场全面采用该技术进行大规模生产的最后阶段。完成这一任务，是研发团队的责任。他认为，技术成功应用将有助于实现整个社会的节能，并推动技术进一步发展。
从佳能的介绍来看，NIL的研发重点正在从技术原理和设备开发，进一步转向客户现场的实际应用。图形转移精度、晶圆边缘处理、掩模寿命、成本控制，以及配套设备和制造流程的协同优化，都是这一阶段需要持续解决的问题。
结语
佳能开发NIL技术的一个重要目标，是在半导体制造中实现更低的能耗。与传统光学光刻相比，其直接压印的工作方式有望将功耗降低至约十分之一，但这项技术能否在实际生产中发挥优势，还取决于图形转移精度、掩模寿命、制造成本和整条产线的协同能力。
从2023年推出相关设备，到客户持续调整量产流程，佳能正在推动NIL从设备技术走向更成熟的制造应用。接下来，如何进一步提高量产能力、扩大应用范围，并降低客户实际使用中的成本，将成为这项技术能否实现更广泛应用的重要环节。
（来源：综合自佳能）
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