Canons nano-imprintaankondiging: eerst zien, dan geloven

Anders dan de pr van Canon wil doen geloven, heeft nano-imprintlithografie nog een lange weg te gaan voordat het zal worden toegepast in de productie van halfgeleiders.

Paul van Gerven
14 november

Canon heeft grote plannen met nano-imprintlithografie (NIL). ‛Door apparatuur voor halfgeleiderfabricage met NIL-technologie op de markt te brengen, komt Canon tegemoet aan de behoeften van een breed scala aan gebruikers, variërend van de meest geavanceerde halfgeleiders tot meer volwassen chips,’ stelt het bedrijf in een persbericht. Het voegt eraan toe dat de NIL-machine in staat is om patronen te produceren voor 5 nm-chips, en op termijn zelfs 2 nm-chips.

Weinig mensen geloven dat NIL binnenkort zal worden gebruikt voor de productie van dergelijke leading-edge chips, of überhaupt logica-chips. Zelfs Canon zelf erkent dat er obstakels in het verschiet liggen.‛We staan nog steeds voor uitdagingen om massaproductie te realiseren’, zei Kazunori Iwamoto, hoofd van Canons Semiconductor Production Equipment Group, in de Japanse krant Asahi Shimbun.

Kostenvoordeel

Nano-imprintlithografie creërt nanopatronen door een masker in een met hars bedekt waferoppervlak te drukken en het patroon met uv-licht uit te harden. Net als bij optische lithografie wordt een wafer meestal stapsgewijs bewerkt, waarbij vele ‛stempelrondes’ nodig zijn om het hele waferoppervlak te bedekken.

Foto: Canon

NIL heeft een aantal potentiële voordelen. Vergeleken met optische en vooral EUV-lithografie is de apparatuur minder complex en vereist het proces minder stappen. In theorie kan NIL kleinere structuren produceren met gladdere randjes dan EUV-lithografie. Parallellisering en/of gebruik van grotere maskers zouden de productiviteit ten goede komen.

Maar NIL, dat in 2003 voor het eerst werd opgenomen in de International Technology Roadmap for Semiconductors, heeft van oudsher ook te kampen met een aantal uitdagingen. Ten eerste brengen zelfs perfecte maskers niet noodzakelijkerwijs patronen perfect over: luchtbellen tussen hars en masker veroorzaken zogenaamde non-fill defecten. Wrijving tijdens het scheiden van masker en (uitgeharde) hars en verdwaalde deeltjes kunnen het patroon op de wafer vervormen en het masker vervuilen. Ten tweede is het erg moeilijk gebleken om de ene chiplaag precies uit te lijnen met de volgende, waardoor ernstige fouten ontstaan. En ten derde – maar dat geldt voor elke nieuwe technologie – moet NIL nog een overtuigend kostenvoordeel laten zien.

Commercialisering

Bij de recente productaankondiging gaf Canon geen details over de vooruitgang die is geboekt bij het oplossen van deze problemen. In een presentatie vorig jaar noemde het bedrijf echter productiviteit om de laatste horde voor de productie van 3D-NAND met NIL te nemen. Omdat het een extreem kostengevoelige sector is en NAND-structuren minder gevoelig zijn voor defecten en overlayfouten, lijkt 3D-NAND de beste ingang voor NIL in de halfgeleidermarkt. DRAM en logica zijn ook opgenomen in Canons roadmap, hoewel voor deze typen chips nog altijd defecten en overlayproblemen moeten worden opgelost.

Foto: Canon

Canon heeft eerder dit jaar al een investering van 350 miljoen dollar aangekondigd in een nieuwe productiefaciliteit voor lithografieapparatuur, waar ook NIL-apparatuur zal worden gemaakt. De bouw begint volgend jaar en is naar verwachting in 2025 voltooid.

Toch heeft nog geen enkel bedrijf laten doorschemeren dat het in de nabije toekomst NIL zal gaan gebruiken voor massaproductie. Wel testen zowel SK Hynix als Kioxia (voorheen Toshiba) Canons NIL-apparatuur al een paar jaar. In mei verklaarde SK Hynix dat ‛er geen discussie is geweest over de mogelijke introductie of commercialisering van nano-imprintlithografie.’

Foto: Canon