Nikon 리소그래피 NEW MACHIN, ASML 과 호환 !!!

 

니콘은 2028 회계연도에 새로운 침수 ArF 리소그래피 기계를 출시할 계획입니다.

니콘은 2025 회계연도 3분기 실적 발표에서 2028 회계연도에 출시될 것으로 예상되는 ASML의 선도적인 ArFi(immersion ArF) 리소그래피 생태계와 호환되는 새로운 리소그래피 기계를 개발하기 위해 파트너와 협력하고 있다고 밝혔습니다.니콘은 DRAM 메모리와 로직 반도체가 3D로 전환됨에 따라 액침 ArF 리소그래피에 대한 수요가 계속 증가할 것으로 보고 있습니다.

 

더 많은 고객을 유치하기 위해 니콘은 새로운 장치가 ASML의 유사한 장치 에코시스템과 호환되도록 하여 사용자가 ASML 플랫폼에서 니콘 플랫폼으로 더 쉽게 마이그레이션할 수 있도록 할 계획입니다. 이러한 움직임은 특히 침지 ArF 분야에서 글로벌 리소그래피 기계 시장에서 Nikon의 점유율을 높이는 것을 목표로 합니다.또한 차세대 리소그래피 기계는 컴팩트하고 유지 관리가 쉬운 새로운 렌즈와 스테이지를 특징으로 할 것입니다.니콘은 또한 2030년 이후 차세대 제품 개발이 시작될 것으로 예상된다고 밝혔다.

 계산 착오로 인해 Nikon은 리소그래피 기계에 대한 기회를 놓쳤습니다

193nm 파장의 광원을 사용하는 건식 리소그래피 기계 시대에는 Nikon과 Canon이 앞장서고 있었습니다. 그러나 차세대 광원을 고려할 때 Nikon과 Canon은 154nm 파장의 광원을 개발하는 것이 더 실현 가능하다고 생각했고, TSMC는 웨이퍼 앞에 물을 추가하고 물의 굴절 특성을 사용하여 빛의 파장을 줄여 해상도를 향상시키는 새로운 기술 아이디어를 내놓았습니다.

 

TSMC가 제안한 침지 계획에 직면하여 Nikon은 이를 채택하지 않고 154nm 광원 방향으로 계속 개발하기로 결정했습니다. 니콘은 154nm 파장 광원의 연구 개발에 많은 자원과 노력을 투자했기 때문이며, 이를 포기하면 초기 투자가 낭비된다는 것을 의미합니다. 동시에 니콘은 이 새로운 기술이 광학 시스템 설계의 어려움, 리소그래피 공정의 안정성과 일관성에 대한 수성 매체의 영향을 제어하기 어렵다는 점, 기존 리소그래피 공정 및 재료와의 호환성과 같은 실제 응용 분야에서 기술적 문제에 직면할 것을 우려하고 있습니다.

 

그 결과, 기술 트렌드에 대한 이러한 오판으로 인해 니콘은 리소그래피 기계 분야에서 선도적인 위치를 잃게 되었습니다.2004년 ASML은 TSMC와 제휴하여 세계 최초의 침지 리소그래피 기계인 ArFi를 출시한 이후 시장 점유율이 급증했으며 현재 침지 ArF 리소그래피 분야에서 ASML은 성숙한 TWINSCAN 이중 스테이지 기술로 시장 점유율의 90% 이상을 확고히 장악하고 있습니다. Nikon과 Canon은 침지 리소그래피 기계 개발을 위해 154nm 광원 연구를 포기할 수밖에 없었지만 ASML에 뒤처졌습니다.

 Nikon 리소그래피 기계 및 나노 임프린트 기술

2024년, 니콘은 니콘의 리소그래피 시스템에서 가장 생산성이 높은 제품인 NSR-S636E 액침 ArF 리소그래피 기계를 출시합니다. 리소그래피 기계는 고정밀 측정을 위한 향상된 iAS 설계, 최대 2.1나노미터의 향상된 오버랩 정확도(MMO), 38나노미터 미만의 해상도, 1.35의 렌즈 조리개 및 26x33mm의 노출 영역을 갖춘 원형 변형 및 왜곡 보정을 특징으로 합니다.

 

현재 모델과 비교하여 전체적으로 10-15% 더 효율적이며 시간당 280개의 웨이퍼와 가동 중지 시간이 적어 니콘 리소그래피 장비의 새로운 최고치를 설정했습니다.이 리소그래피 기계에 사용되는 광원 기술은 20 세기의 90 년대에 성숙 한 "i-line"이며, 관련 부품 및 기술의 성숙과 함께 가격은 경쟁 제품보다 약 20-30 % 저렴 할 것이라고보고되어 있습니다. 리소그래피 기계는 생산성을 희생하지 않으면서 높은 오버랩 정확도가 필요한 반도체 제조, 특히 고급 로직 및 메모리, CMOS 이미지 센서 및 3D 플래시 메모리와 같은 3D 반도체 제조에서 더 높은 성능을 제공합니다.

 

여기서 언급할 가치가 있는 것은 EUV 없이 5나노미터 칩을 제조할 수 있는 나노임프린트 기술(NIL)입니다. 이 기술은 포토레지스트를 형성하기 위해 빛이나 방사선 조사를 사용하지 않고 물리적 메커니즘을 사용하여 실리콘 기판 또는 기타 기판에 직접 나노 크기의 패턴을 구성합니다. 현재 공개 된 정보에 따르면 처리 정확도는 2 나노 미터에 도달하여 전통적인 리소그래피 기술이 달성 한 해상도를 초과합니다.

 

EUV 리소그래피의 복잡한 광학 시스템 및 공정과 비교했을 때, 나노임프린트 기술은 "스탬핑"과 유사한 방식으로 단일 작업으로 복잡한 패턴을 전송할 수 있어 제조 공정을 크게 단순화할 수 있습니다.또한 나노임프린트 리소그래피 공정은 EUV 리소그래피 비용의 약 10%에 불과하고 EUV 리소그래피 에너지 소비의 10%만 소비하며 장비 투자 비용을 기존 EUV 리소그래피 기계의 40%까지 줄일 수 있습니다.

 

현재 캐논(Canon)의 FPA-1200NZ2C 나노임프린트 리소그래피 시스템을 5나노 칩 생산에 사용하고 있으며, SK하이닉스는 캐논(Canon)의 나노임프린트 장비를 도입해 2025년쯤 3D 낸드플래시 메모리 양산을 시작할 계획이다.또, 니콘은 앞서 2026년도에 출시될 예정인 1μm 해상도의 백엔드 공정용 리소그래피 기계를 최초로 개발 중이라고 발표한 바 있다.이 백엔드 디지털 리소그래피 기계는 반도체 리소그래피 기계의 전형적인 고해상도 기술과 디스플레이 산업에서 사용되는 FPD 리소그래피 장비의 다중 렌즈 기술을 결합합니다.

 

노출 프로세스는 마스크를 사용하는 대신 SLM(Spatial Light Modulator)을 사용하여 설계된 회로 패턴을 생성하고, 광원에서 방출되는 빛은 렌즈 광학 장치를 통해 SLM에 의해 반사되어 최종적으로 기판에서 이미지화됩니다. Nikon은 새로운 장치가 기존 마스킹 프로세스에 비해 백엔드 프로세스의 비용과 시간을 모두 줄일 수 있다고 주장합니다.

 

데이터센터에서 AI 칩의 사용이 지속적으로 증가함에 따라 칩렛 칩 기술로 대표되는 첨단 패키징 분야에서 유리 패널 기반 PLP 패키징 기술에 대한 수요가 증가하고 있으며, 고해상도와 넓은 노출 면적을 가진 백엔드 리소그래피 기계는 점점 더 필수품이 되고 있습니다.

 

尼康拟于2028财年推出新款浸没式ArF光刻机。

尼康在其2025财年第三财季财报演示文稿中透露，正与合作伙伴共同开发一款兼容ASML主导的浸没式ArF（ArFi）光刻生态的新型光刻机，预计于2028财年推出。尼康认为，随着DRAM内存和逻辑半导体向三维发展，浸没式ArF光刻需求将持续增长。为吸引更多客户，尼康计划使新设备与ASML的同类设备生态兼容，方便用户从ASML平台迁移至尼康平台。此举旨在提升尼康在全球光刻机市场的份额，特别是在浸没式ArF领域。此外，新一代光刻机将采用新镜头和工件台，具备尺寸紧凑、易于维护的优势。尼康还透露，再下一代产品的开发预计在2030年后启动。

 因误判，尼康错失光刻机先机

在 193nm 波长光源的干式光刻机时代，尼康和佳能处于领先地位。但是在考虑下一代光源时，尼康和佳能认为开发 154nm 波长的光源更可行，而台积电在这时提出了一种全新技术思路，即在晶圆前加水，利用水的折射特性来缩短光线波长以提高分辨率。面对台积电提出的浸润式方案，尼康没有采用，而是选择继续沿着154nm 光源的方向研发。

 

这是因为此前尼康在154nm 波长光源的研发上投入了大量资源和精力，如果放弃意味着前期的投入将付诸东流。同时，尼康也担心这种新技术在实际应用中会面临诸如光学系统设计难度大、水介质对光刻过程的稳定性和一致性影响难以控制、与现有光刻工艺和材料的兼容性问题等技术挑战，相反，继续在相对熟悉的波长光源技术上进行改进风险相对较低。结果就是这一次对技术趋势的误判导致尼康失去了在光刻机领域的领先地位。

 

2004年，ASML与台积电合作推出了世界上第一台浸润式光刻机ArFi，此后市场份额一路狂飙，目前在浸没式 ArF 光刻领域，ASML 凭借其成熟的 TWINSCAN 双工件台技术牢牢掌握着九成以上的市场份额 。而尼康和佳能被迫放弃154nm光源研究转而跟进浸润式光刻机开发，但已落后ASML。

 尼康光刻机与纳米压印技术

2024 年，尼康推出 NSR-S636E 浸润式 ArF 光刻机，是尼康光刻系统中生产率最高的产品。这款光刻机采用增强型iAS设计，可用于高精度测量、圆翘曲和畸变校正，重叠精度(MMO)更高，号称不超过2.1纳米；分辨率小于38纳米，镜头孔径1.35，曝光面积为26x33毫米。对比当前型号，它的整体生产效率可提高10-15％，创下尼康光刻设备的新高，每小时可生产280片晶圆，停机时间也更短。

 

据悉，这款光刻机使用的光源技术是20世纪90年代就已经成熟的“i-line”，再加上相关零件、技术的成熟化，价格将比竞品便宜20-30％左右。在不牺牲生产效率的前提下，这款光刻机还可在需要高重叠精度的半导体制造中提供更高的性能，尤其是先进逻辑和內存、CMOS图像传感器、3D闪存等3D半导体制造。这里值得一提的是纳米压印技术（NIL），无需 EUV 就能制造 5 纳米芯片。该项技术不使用光线或者辐照使光刻胶感光成形，而是直接在硅衬底或者其他衬底上利用物理作用机理构造纳米尺寸图形。

 

根据当前公开信息，其加工精度已经达到2纳米，超过了传统光刻技术达到的分辨率。与 EUV 光刻复杂的光学系统和工艺相比，纳米压印技术通过类似 “盖章” 的方式，能在单次操作中完成复杂图案转印，大大简化了制造过程。更为重要的是，纳米压印光刻工艺的成本仅为极紫外光刻的 10% 左右，能耗也仅为极紫外光刻的 10%，设备投资成本可降至原始 EUV 光刻机的 40%。目前，佳能量产的 FPA-1200NZ2C 纳米压印光刻系统可用于生产 5nm 芯片，SK海力士从佳能引进了纳米压印设备，计划在2025年左右使用该设备开始量产3D NAND闪存。

 

此外，尼康此前还宣布正在研发首款后端工艺用光刻机，分辨率为 1μm，预计在2026财年发售。这款后端数字光刻机将半导体光刻机代表性的高分辨率技术同显示产业所用 FPD 曝光设备的多透镜组技术相融合。其曝光过程无需使用掩膜，而是利用 SLM（空间光调制器）来生成所设计的电路图案，从光源发出的光经 SLM 反射后通过透镜光学组，最终在基板上成像。尼康宣称相较于传统的有掩膜工艺，这款新设备可同时削减后端工艺的成本和用时。

 

随着数据中心AI芯片用量的不断提升，在以 Chiplet 芯粒技术为代表的先进封装领域出现了对基于玻璃面板的 PLP 封装技术日益增长的需求，分辨率高且曝光面积大的后端光刻机也愈发不可或缺。