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极紫外光刻|挑战EUV光刻：NIL靠谱吗？一文秒懂( 二 )


总体来看 ， NIL是一个不错的发展方向 。NIL技术比光刻的起步晚 ， 最早追述到上个世纪末 ， 由华裔科学家周郁（Stephen Chou）教授在1995年首次提出纳米压印概念 。该技术将微电子加工工艺融合于印刷技术中 ， 解决了光学曝光技术中光衍射现象造成的分辨率极限问题 ， 因此理论上具备比光刻更高的分辨率 ， 可生产出电路线宽更窄的器件 。
除此之外 ， 高效率、低成本、适合工业化生产等优势 ， 也使得NIL一直受到业界的重视 ， 被称为是微纳加工领域中第三代最有前景的光刻技术之一 。NIL 基于机械复制 ， 不受光学衍射的限制 。它可以潜在地实现低于 5nm 的分辨率 ， 并且以非常低的成本实现非常好的关键缺陷 (CD) 控制 。
由于其优异的性能 ， NIL 可以满足广泛的半导体应用 。它可以大幅度降低光刻成本 ， 可与EUV一战 。
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图：EUV与NIL的对比
据Yole统计 ， NIL设备复合年增长率将超过 20% ， 到 2024 年生产的年收入将达到约 1.45 亿美元 。
目前 ， NIL主要用于增强现实、3D传感和数据通信/电信中需要严格和复杂模式的光学光子元件 。同时 ， NIL工艺也引起了存储器厂商的兴趣 ， 特别是20nm以下先进制程 ， 目前的光刻方案成本太高 。
因此 ， 对于下一代 3D NAND 存储器 ， NIL是非常有竞争力的成本效益选择 。
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NIL 供应商在每个特征尺寸范围内都有一个明显的领导者 。在纳米范围内 ， EVG 占主导地位 ， 尤其是在衍射光学元件 (DOE) 中 。SUSS MicroTec 在微尺度范围内占据了强大的市场份额 。
下面看一下NIL的技术细节 。
一般情况下 ， NIL使用电子束刻蚀等手段 ， 在衬底上加工出所需要的结构作为模板 。由于电子的衍射极限远小于光子 ， 因此可以达到远高于光刻的分辨率 。
NIL制造设备利用图案化技术 ， 涉及现场/逐场/单次沉积和通过喷射技术沉积到基板上的低粘度抗蚀剂的曝光 。带图案的掩模下降到流体中 ， 然后通过毛细作用迅速流入掩模中的浮雕图案 。在此填充步骤之后 ， 抗蚀剂在紫外线辐射下交联 ， 然后去除掩模 ， 在基板上留下图案化抗蚀剂 。
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与EUV光刻设备产生的图案相比 ， NIL以更高的分辨率和更高的均匀性忠实地再现图案 。此外 ， 由于这项技术不需要先进光刻设备所需的一系列宽直径镜头和昂贵的光源 ， NIL 设备实现了更简单、更紧凑的设计 ， 允许将多个单元聚集在一起 ， 以提高生产力 。
研究已经证明 NIL 分辨率优于 10nm ， 使该技术适用于使用单个掩模打印几代关键内存级别 。
此外 ， 仅在必要时才使用抗蚀剂 ， 从而消除材料浪费 。鉴于压印系统中没有复杂的光学器件 ， 当与简单的单级处理和零浪费相结合时 ， 工具成本的降低使其成本模型非常适用于半导体存储器应用 。DRAM 和相变存储器等高级存储器具有挑战性 ， 因为这些设备的路线图要求持续缩放 ， 达到14nm ， 甚至更先进制程 。
缩放也会影响覆盖预算 。例如 ， 对于 DRAM ， 某些关键层上的叠加比 NAND 闪存紧密得多 ， 误差预算为最小半间距的 15-20% 。
对于 14nm ， 这意味着 2.1nm - 2.8nm 。DRAM 器件设计也具有挑战性 ， 并且布局并不总是有利于间距划分方法 ， 例如自对准双图案化 (SADP) 和自对准四重图案化 (SAQP) 。这使得直接印刷工艺NIL成为一种很有竞争力的解决方案 。
NIL的进展
日本存储器大厂铠侠（Kioxia）与佳能 ， 以及光罩/半导体厂商大日本印刷株式会社（DNP） ， 经过了4年的研发 ， 于近期研发出了NIL的量产技术 。
目前 ， 铠侠已将其应用到了15nm的NAND闪存制造上 ， 并表示到2025年应该可以应用到5nm的芯片制造上 。


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