中国に拠点を置くナノインプリントツール開発企業であるPrinano Technologyは、特殊プロセス技術に注力する中国の顧客に、同社初の半導体グレードのステップアンドリピート方式ナノインプリント・リソグラフィシステムを納入しました。このタイプのチップ製造ツールは、従来の光リソグラフィ技術ではなく、回路設計が刻印された石英鋳型を用いて、チップ設計をウェハ上に「刻印」します。
Prinano社のPL-SRシリーズ装置は、中国で開発された初のナノインプリント・リソグラフィー装置（NIL）であり、Prinano社の顧客における必要な試験をすべて通過すれば、実際のチップ製造に使用される予定です。Prinano社は、キヤノン社に次いで、世界で2番目に実際のナノインプリント・リソグラフィー装置を顧客に納入した企業です。
中国のNILツールは効果があるようだ
PrinanoのPL-SRステップアンドリピート方式ナノインプリント・リソグラフィーツールは、ナノスケールの回路設計が刻まれた硬質石英鋳型を、ウェーハ表面に塗布された薄い液状レジスト層に物理的に押し付けることで、ウェーハにパターンを形成します。フォトリソグラフィーのように光と投影光学系を用いる代わりに、PL-SRは鋳型の特徴を原寸大で直接複製します。高精度インクジェットシステムを用いてレジストを塗布し、異なるパターン密度に合わせて液滴量を動的に調整することで、薄く均一な残留層（10nm未満、ばらつき2nm未満）を確保します。
PrinanoのPL-SRシステムは300mmウェーハを処理し、10nm未満の線幅を実現します。動作中、このシステムはモールドとウェーハを10nm未満の精度で位置合わせし、真空状態を保ったまま完全に接触させ、各フィールドを順次インプリントします（そのため「ステップ・アンド・リピート」システムと呼ばれます）。そして、それらをつなぎ合わせて300mmウェーハ全体をカバーします。
この装置は、NILにとって重要な革新である独自のテンプレートプロファイル制御機構を搭載しており、剛性石英モールドとシリコンウェーハの曲率の不一致を補正することで、アスペクト比7:1を超える形状を歪みなく転写し、歩留まりを最大化し、性能変動を低減します。インプリント後、レジストパターンは硬化され、その後エッチングされて最終的な回路構造が形成されます。
良い結果
NILリソグラフィ装置をEUVツールと直接比較することはできませんが、その線幅性能はEUVスキャナの解像度と比較できます。NA0.33の光学系を搭載した最新のEUVシステムは、13.5nmの波長で動作し、通常、1回の露光で最小13nmのハーフピッチを実現します。これは、1回の露光で最小26nmの金属ピッチのパターンを印刷するのに十分な性能です。
10nm未満の解像度（例えば、3nmクラスのプロセス技術特性を21nm～24nmで印刷する）を実現するには、EUVツールでは複数のパターニングステップが必要となり、コストと複雑さが増大します。NILによる10nm未満のラインのシングルステップ再現は、同じサイズであればEUVのマルチパターニングよりもシンプルになる可能性がありますが、それは石英モールドを同等の精度で製造でき、欠陥を低く抑えられる場合に限られます。
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残留層厚が10nm未満で変動が2nm未満という点については、EUVリソグラフィ（EUVL）スキャナーはナノインプリントリソグラフィシステムと同じ意味での「残留層」を生成するわけではありませんが、これらの寸法をEUVの臨界寸法均一性（CDU）と比較することは理にかなっています。最新のEUVLツールは、ウェーハ全体で1nm～2nm以内のCDUを実現しているため、この点ではNILシステムとEUVLシステムは類似しています。
PrinanoはNILツールのオーバーレイ性能を公表していませんが、同社のホワイトペーパーには、「業界では10nm未満のオーバーレイ精度が求められており、将来的には1nmレベルに近づくことさえ求められている」と記されています。最新のASML Twinscan NXE:3800Eは、プロセス条件にもよりますが、量産段階で1.5nm～2.0nmのオーバーレイ性能を実現できます。Prinanoがオーバーレイ精度を直接公表していないことを考えると、現時点での目標は1nm～10nmであると推測するしかありません。
しかし大量出力には適さない
しかし、競争力のある解像度は、方程式の一部に過ぎません。留意すべき点として、NILのステップ・アンド・リピート方式は、各ウェーハ領域を物理的に接触させ、インプリント、硬化、そして次のウェーハ領域へ移動する前に分離する必要があるため、EUVやDUV投影リソグラフィよりも本質的に低速です。この機械的なサイクルにより、微細な形状の場合、1時間あたりのウェーハ処理速度は数十枚に制限されますが、最新のEUVツールは1時間あたり約200枚のウェーハを処理できます。この低速処理のため、NILは解像度が競争力があっても、最先端ロジックやメモリの大量生産には適していません。
そして、論理のためではない（少なくとも今のところは）
Prinano社によると、PL-SRの初期検証は、メモリチップ、シリコンベースのマイクロディスプレイ、シリコンフォトニクス、先端パッケージングといった用途で完了しているという。とはいえ、当面はロジック製造にPL-SRが使用される可能性は低いようだ。同社はその理由を明らかにしていないが、CPUやGPUに見られるような複雑な回路ではなく、主に規則的な構造を用いる用途に言及していることから、技術的な制約があるようだ。
NILは、レジストでコーティングされたウェハに金型を用いて物理的に接触させることでICの機能を印刷します。そのため、粒子や表面の汚染物質が金型を損傷し、歩留まりの低下につながる可能性があります。規則的な構造を多数備えたチップであれば、コストを大幅に増加させることなく冗長性を実現できますが、複雑なロジックでは冗長性を実現するのは非常に困難であり、わずかな欠陥も歩留まりを低下させる可能性があります。実際、NILの接触特性は、極めて低い欠陥率を安定的に達成することをより困難にしています。
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アントン・シロフはTom's Hardwareの寄稿ライターです。過去数十年にわたり、CPUやGPUからスーパーコンピュータ、最新のプロセス技術や最新の製造ツールからハイテク業界のトレンドまで、あらゆる分野をカバーしてきました。
