Laut einem Bericht des US-Halbleitertechnologieunternehmens SemiAnalysis wird die Nanoimprint-Lithographie-Technologie von Canon international im Halbleiterbereich als „vergleichbar oder sogar überlegen gegenüber EUV-Lithographie“ angesehen und könnte ein Schlüssel zu Chinas Fortschritten in der Chipproduktion sein.
Die Analyse legt nahe, dass es theoretisch möglich ist, mit der Nanoimprint-Technologie die Auflösungsfähigkeit von EUV zu erreichen oder sogar zu überschreiten, während die Herstellkosten der Geräte deutlich unter denen der EUV-Expositionsmaschinen liegen.
Bemerkenswert ist, dass im Gegensatz zu den US-Exportkontrollen für bestimmte Halbleitergeräte aus Japan die Nanoimprint-Ausrüstung exportierbar ist. Chinesische Analysten äußern, dass, falls die Fortschritte in der EUV-Technologie begrenzt bleiben, die Zusammenarbeit mit Canon zur Verwendung von Nanoimprint für die Chipproduktion ein gangbarer technischer Weg sein könnte.
Nanoimprint-Technologie im Detail
Die Nanoimprint-Technologie verfolgt ein Konzept, das dem der optischen Lithographie ähnelt, indem sie Muster von einer Maske auf eine Wafer-Oberfläche überträgt. Dieser Prozess umfasst das Überlagern mehrerer Muster, gefolgt von Ätzen, Ablagerung und schließt schließlich die Chipproduktion und Verpackung ein.
Im Gegensatz dazu scannt die optische Lithographie mithilfe einer Lichtquelle rasch und präzise, während die Nanoimprint-Technologie spezielle „Stempel“ zur mechanischen Übertragung verwendet, was einen grundlegend anderen technischen Ansatz darstellt. Die Nanoimprint-Technologie wurde erstmals 1995 von dem chinesisch-amerikanischen Wissenschaftler Yu Zhou an der Princeton University vorgeschlagen und fand 2001 den Weg in die kommerzielle Anwendung durch Molecular Imprints Inc.
Im Jahr 2014 erwarb Canon Molecular Imprints Inc. und entwickelte zusammen mit anderen Unternehmen, darunter das Japanische Unternehmen für Druckerhöhungen, die Nanoimprint-Chipproduktionstechnologie weiter. Canon positioniert Nanoimprint außerdem als Alternative zu ASMLs EUV-Technologie, um den technologischen Abstand zu verringern.
Globale Wettbewerbslandschaft in der Lithographie
Der globale Markt für Halbleiter-Lithographiegeräte wird derzeit von den großen Akteuren ASML, Nikon und Canon dominiert, gefolgt von chinesischen Unternehmen. ASML bietet sowohl DUV- als auch EUV-Lithographiemaschinen an, während Nikon vorwiegend traditionelle Lithographie nutzt, deren technologisches Niveau hinter dem von ASML zurückbleibt. Canon hingegen besitzt sowohl DUV-Expositionsmaschinen als auch die bereits kommerziell eingesetzte Nanoimprint-Ausrüstung.
Am 13. Oktober 2023 stellte Canon die Nanoimprint-Expositionsmaschine FPA-1200NZ2C vor, die eine Hardwareleistung bietet, die die Herstellung von Chips mit einer minimalen Linienbreite von 14 Nanometern unterstützt, was dem 5-Nanometer-Knoten der Logik-Chips entspricht. Mit dem Fortschritt der Maskentechnologie kann diese Maschine theoretisch Chips mit 2-Nanometer-Knoten produzieren, wobei die Kosten deutlich unter denen der EUV-Geräte von ASML liegen.
Vorhandene Herausforderungen und Grenzen
Aktuell sind die Nanoimprint-Geräte von Canon an Unternehmen wie die Aichi Group und Micron Technology für die Produktion von Speicherchips ausgeliefert worden. Speicherchips weisen jedoch eine einfache Struktur und eine hohe Musterwiederholung auf, was niedrigere Maskenanforderungen zur Folge hat. Im Gegensatz dazu erfordert die Logikchip-Herstellung, die CPU-, GPU- und NPU-Muster umfasst, pro Schicht unterschiedliche Schaltkreisdesigns und stellt somit hohe Anforderungen an die Maskengenauigkeit.
So stehen im Bereich der Nanoimprint-Lithographie verschiedene Herausforderungen im Raum. Beispielsweise ist die mechanische Druckstempelgröße extrem klein, vergleichbar mit dem Durchmesser eines menschlichen Haars. Selbst winzige Mängel im Druckprozess können die Ausbeute von Chips erheblich beeinflussen. Zudem ist die Lebensdauer der Nanoprint-Masken im Vergleich zu den optischen Lithographiemasken, die bis zu 100.000 Wafer unterstützen können, begrenzt. Dies erfordert erhebliche Ressourcen, um neue Materialien zu entwickeln, was sowohl die Kosten als auch die Entwicklungszeit erhöht und einer der Gründe für die eingeschränkten Fortschritte in der Logikchip-Herstellung ist.
Chinesische Unternehmen und die Nanoimprint-Initiativen
Auf dem chinesischen Markt ist Hangzhou Pulin das einzige Unternehmen, das sich intensiv mit der Nanoimprint-Technologie beschäftigt. Dessen PL-SR-Serie soll im August 2025 an Kunden geliefert werden und wird als das erste Nanoimprint-Gerät in China beworben, das die Produktion von Hochleistungs-Chips unter 20 Nanometern ermöglicht. Es bietet über 40 Produktionsmaterialien an, einschließlich reproduzierbarem Gel und korrosionsbeständigem Nanoimprint-Gel, und trägt so zur Bildung einer kompletten Chip-Industriekette bei.
Dennoch hat Canon in Bezug auf die Hardwareausstattung nach wie vor einen deutlichen Vorteil gegenüber China. Chinesische Unternehmen setzen gegenwärtig auf eine parallele Entwicklung sowohl der traditionellen optischen Lithographie als auch der Nanoimprint-Technologie.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Nanoimprint-Technologie, angesichts der Herausforderungen beim Zugang zu EUV-Geräten, eine praktikable Alternative darstellt. Aufgrund der hohen Abfallraten und der niedrigen Ausbeuten bei der Herstellung fortschrittlicher Logikchips bleibt jedoch die optische Lithographie weiterhin die vorherrschende Technik, während Nanoimprint vorwiegend als ergänzende oder Backup-Option genutzt wird.
