佳能用纳米压印技术，换道超车光刻机设备，实现了5nm-2nm技术

佳能发布纳米压印光刻技术的半导体制造设备，开启半导体制造新时代

FPA-1200NZ2C

半导体是现代科技的核心，它们广泛应用于计算机、手机、汽车、医疗、航空等各个领域。随着科技的发展，半导体的制造工艺也在不断进步，从微米到纳米，从平面到三维，从单晶到异质集成，半导体的性能和功能不断提升，同时也带来了更高的制造难度和成本。

在半导体制造过程中，最重要也最复杂的一步是电路图案转移，即将电路图案从掩模上转移到晶圆上。目前，主流的电路图案转移技术是光刻技术，它通过使用特定波长的光源和透镜系统，将掩模上的图案投影到涂有光敏材料的晶圆上，然后通过化学或物理方法去除多余的部分，形成所需的图案。

FPA-1200NZ2C 在工厂

然而，随着半导体工艺进入纳米级别，光刻技术面临着越来越多的挑战。首先是光源问题，由于光波具有衍射现象，当图案尺寸小于光波长时，就会出现图像模糊和失真。为了解决这个问题，光刻技术不断采用更短波长的光源，从紫外光（ArF）到极紫外光（EUV），但这也带来了更高的成本和更复杂的设备。其次是掩模问题，由于掩模上的图案需要与晶圆上的图案一一对应，因此掩模的制作也需要高精度和高质量。然而，随着图案尺寸缩小和复杂度增加，掩模的制作难度和成本也大幅提升。第三是对准问题，由于半导体器件通常需要多层电路叠加，因此每一层电路都需要与前一层电路精确对准。然而，在纳米级别下，晶圆和掩模都会受到温度、湿度、机械应力等因素的影响而产生微小变形，这就给对准带来了巨大挑战。

由NIL形成的半导体以外的具有三维微结构的光学元件（暴露于光线时光谱仪的元件 ）

为了解决这些问题，一种新型的电路图案转移技术引起了人们的关注，那就是纳米压印光刻技术（Nano-Imprint Lithography, NIL）。NIL技术与传统光刻技术不同，它不是通过投影光源来转移图案，而是通过将印有图案的掩模直接压印在晶圆上来转移图案。这种方式可以避免衍射、反射等光学问题，实现更高分辨率和更低成本的电路图案转移。

NIL技术最早由美国得克萨斯大学奥斯汀分校的Stephen Chou教授于1995年提出，他利用一种叫做热塑性聚合物的材料，将掩模上的图案压印在晶圆上，然后通过加热使其固化，形成所需的图案。这种方法可以实现10纳米以下的图案化，但也存在一些缺点，如压印时间较长、材料选择受限、对温度控制要求高等。

得克萨斯大学奥斯汀分校

为了克服这些缺点，一种改进的NIL技术被提出，那就是紫外光固化NIL技术（UV-NIL）。UV-NIL技术使用一种叫做紫外光固化树脂的材料，将掩模上的图案压印在晶圆上，然后通过紫外光照射使其固化，形成所需的图案。这种方法可以实现更快的压印速度、更广泛的材料选择、更低的温度要求等优点。

目前，NIL技术已经在一些领域得到了应用，如生物芯片、光学元件、纳米传感器等。然而，在半导体制造领域，NIL技术还处于研发阶段，尚未实现大规模商业化。主要的障碍包括设备可靠性、良率稳定性、对准精度、掩模寿命等方面的挑战。

生物芯片

为了突破这些障碍，日本佳能公司近日宣布推出了一款纳米压印半导体制造设备，名为FPA-1200NZ2C。该设备采用了UV-NIL技术，可以实现最小线宽14纳米的图案化，相当于生产目前最先进的逻辑半导体所需的5纳米节点。此外，随着掩模技术的进一步改进，该设备有望实现最小线宽为10纳米的电路图案，相当于2纳米节点。

佳能公司表示，该设备具有以下特点：

采用了新开发的环境控制技术，可以抑制设备内细颗粒的污染，提高良率和稳定性。

采用了逐芯片对准技术，可以实现高精度的叠印对准，并通过激光热分布调节技术，利用晶圆的热膨胀来纠正底层电路图案的变形。

采用了紫外光作为光源，与传统光刻设备相比，可以显著降低功耗和二氧化碳排放。

可以应用于广泛的领域，如逻辑和存储器半导体器件、具有微观结构的光学元件等。

佳能公司表示，该设备已经开始接受订单，并计划在10月19日至20日在横滨举办的私人活动“Canon EXPO 2023”上展示该设备及其应用示例。

日本佳能公司

佳能公司推出纳米压印半导体制造设备的消息引起了业界和媒体的广泛关注。许多人认为，这是一种换道超车光刻机的新技术，有可能开启半导体制造新时代。也有人认为，这是一种补充而非替代光刻机的新技术，有助于提高半导体制造效率和降低成本的同时，NIL技术还有助于实现半导体的创新和多样化。例如，NIL技术可以实现三维堆叠的电路图案，从而提高半导体的集成度和性能。NIL技术还可以实现异质集成，即将不同材料和功能的半导体器件组合在一起，从而实现更多的应用场景和需求。此外，NIL技术还可以实现柔性和可穿戴的半导体器件，为智能终端和物联网等领域带来新的可能性。

佳能发布纳米压印半导体制造设备的消息，无疑是对半导体行业的一次重大挑战和创新。作为一家以光学技术为核心的企业，佳能在光刻领域有着深厚的积累和经验。然而，在面对光刻技术的瓶颈和竞争时，佳能并没有选择与其他厂商争夺同一条道路，而是选择了另辟蹊径，开发了纳米压印技术。这种换道超车的战略，显示了佳能的勇气和智慧，也为半导体制造带来了新的机遇和希望。

纳米压印技术

当然，NIL技术并不是一种完美无缺的技术，它仍然面临着一些技术和市场上的挑战。例如，NIL技术需要与其他工艺相结合，才能完成整个半导体制造流程。NIL技术还需要与现有的光刻设备进行兼容和对接，才能实现平滑的过渡和替换。NIL技术还需要经过长期的验证和测试，才能证明其可靠性和稳定性。此外，NIL技术还需要获得半导体制造商和用户的认可和信任，才能打开市场和应用。

因此，NIL技术并不是一种可以立即取代光刻技术的技术，而是一种可以与光刻技术互补和共存的技术。在某些领域和应用中，NIL技术可能会有更大的优势和潜力，在某些领域和应用中，光刻技术可能仍然是主流和必要的。只有通过不断地研发、改进、合作、竞争、创新、应用，才能推动半导体制造技术的进步和发展。#科技#