Canon kann liefern
Nanoimprint statt optische Lithografie
Canon ist überzeugt davon, dass die Nanoimprint-Lithografie nicht nur eine kostengünstige Alternative zur optischen Lithografie ist, sondern der Weg in die Zukunft – und EUV überholen kann.
Jetzt hat Canon verkündet, sein modernstes Nanoimprint-Lithografiesystem für die Halbleiterfertigung vom Typ »FPA-1200NZ2C« an das Texas Institute for Electronics (TIE) auszuliefern. TIE setzt die »FPA-1200NZ2C« für die Forschung und Entwicklung der neusten ICs und die Herstellung von Prototypen ein.
Canon rechnet mit starker Nachfrage
Wegen der vielen Vorteile der NIL-Technik gegenüber der optischen Lithografie rechnet Canon für die Zukunft mit einer stark steigenden Nachfrage nach Maschinen für die NIL-Technik. In drei bis fünf Jahren sollen dutzende Maschinen pro Jahr verkauft werden.
Deshalb plant Canon bereits den Bau eines neuen Werks für deren Produktion in Japan. Damit soll die derzeitige Kapazität verdoppelt werden. Denn das Unternehmen ist überzeugt davon, dass die NIL-Technik der nächste logische Schritt in der Lithografie sei: NIL werde entscheidend dazu beitragen, Moore´s Law weiterhin Geltung zu verschaffen.
Canon hatte zu den führenden Herstellern von optischen Lithografiegeräten gehört und baut sie noch immer, wurde aber von ASML überholt. ASML ist derzeit das einzige Unternehmen weltweit, das – im Verbund eines Ökosystems, zu dem als größte Partner Zeiss und Trumpf gehören – EUV-Maschinen integrieren und anbieten kann.
Gemessen daran steckt die NIL-Technologie noch in den Anfängen, vor allem in der Front-End-Fertigung von ICs. In Europa entwickeln Firmen wie Süss MicroTec und die EV Group NIL-Systeme, allerdings nicht für den Einsatz in der Front-End-, sondern vor allem in der Back-End-Fertigung, beispielsweise für Advanced Packaging und Heterogeneous Integration.
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Canon entwickelt NIL für IC-Fertigung
Canon setzt aber auf das Front-End: Mit der Markteinführung der »FPA-1200NZ2C« am 13. Oktober 2023 hat Canon als weltweit erstes Unternehmen ein Halbleiterproduktionssystem auf den Markt gebracht, das die Nanoimprint-Lithografie-Technologie (NIL) nutzt.
NIL funktioniert ganz anders als die bisher für die Halbleiterfertigung verwendeten optischen Lithografiesysteme, unabhängig davon, mit welcher Lichtwellenlänge die Geräte arbeiten, um die erforderlichen Strukturen für den Aufbau von ICs in das Halbleitermaterial zu bringen.
Wie NIL funktioniert
Im Gegensatz zu herkömmlichen Fotolithografieanlagen, die die Maske durch die Projektion von Licht auf den mit einem Fotolack beschichteten Wafer übertragen, wird bei der NIL-Technik eine mit dem Schaltkreismuster bedruckter Stempel, der häufig auch Maske genannt wird, in den Fotolack auf den Wafer gedrückt. Während bei der optischen Lithografie aber der gesamte Wafer mit dem Fotolack beschichtet wird, werden bei NIL Tröpfchen des flüssigen Lacks nur dort aufgetragen, wo sie erforderlich sind. Dazu setzt Canon dieselbe Technologie ein, die auch bei den Tintenstrahldruckern des Unternehmens verwendet wird: Jeder Tropfen kann gemessen, kontrolliert und präzise dosiert werden.
Hat der Stempel bzw. die Maske die Strukturen in den Fotolack übertragen, wird die Mase entfernt und die kleinen Strukturen werden mit UV-Licht ausgehärtet.
Um die NIL-Masken zu fertigen, die von Zeit zu Zeit ausgewechselt werden müssen, hat Canon ebenfalls eine eigene Maschine entwickelt. Diese beiden Maschinen zusammen mit dem im eigenen Haus entwickelten Prozess bilden das NIL-Gesamtsystem aus dem Hause Canon.
Weil die Übertragung der Schaltkreismuster nicht über einen optischen Mechanismus erfolgt, können feine Strukturen auf der Maske originalgetreu auf dem Wafer reproduziert werden. Deshalb reduzieren sich bei dem NIL-Verfahren die Stromaufnahme und die Kosten deutlich gegenüber der herkömmlichen Lithografie.
NIL wird bald 2-nm-Struktren realisieren
Dennoch können Linien mit einer minimalen Breite von 14 nm realisiert werden, was dem 5-nm-Prozessknoten entspricht, der für die Herstellung der meisten derzeit erhältlichen modernen Logik-Halbleiter erforderlich ist. Canon geht davon das, dass sich mit Hilfe einiger weiterer Verbesserungen schon bald 2-nm-Chips herstellen ließen.
Selbstverständlich ist das in der Praxis weit schwieriger als es sich hier anhört. Canon spricht von immensen Herausforderungen, denen sich die Entwickler und Designer der Maschinen stellen mussten. Schon so simple Dinge wie eingeschlossene Luft zwischen Maske und Wafer würden die Ergebnisse des Prozesses zunichtemachen.
Die Kosten und der Verbrauch sinken drastisch
Doch laut Canon lohnt sich der Aufwand: »Die Gesamtbetriebskosten zeigen, dass sich die Investition in diese Technologie in Hinblick auf die laufenden Kosten, den Durchsatz sowie die Langlebigkeit lohnt«, sagt Chris Howells, European Operations Director der Semiconductor Equipment Division von Canon. Denn gegenüber der herkömmlichen Halbleiter-Lithografie sinkt die Energieaufnahme und es wird sehr viel weniger Abfall produziert. Auch der Chemikalienverbrauch reduziert sich. Alles zusammen kommt der Forderung nach einer möglichst nachhaltigen Halbleiterfertigung entgegen.
Das Texas Institute for Electronics (TIE)
TIE ist ein Halbleiterkonsortium, das 2021 gegründet wurde und von der University of Texas in Austin unterstützt wird. Es besteht aus staatlichen und lokalen Behörden, Halbleiterunternehmen, nationalen Forschungseinrichtungen und anderen Organisationen. TIE bietet einen offenen Zugang zu Halbleiter-Forschungs- und Entwicklungsinitiativen und Fertigungsstätten für Prototypen, um dabei Probleme rund um die Fertigung der modernsten Halbleiter zu lösen, auch im Bereich des Advanced Packaging und der heterogenen Integration.
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