На данный момент японский оптический гигант занимает только третье место в списке мировых передовиков по части производства фотолитографических машин, ключевого оборудования в полупроводниковой промышденности (после голландской ASML и японской Nikon). Однако упорству и находчивости Canon могут позавидовать оба лидера мирового рынка.
Ворвавшись в столь высокотехнологичную сферу, как производство фотолитографических машин, в 60-е годы прошлого века, Canon в 1970 году выпустил первую в Японии «установку совмещения ближнего действия» (proximity aligner) PPC-1. В этой установке между фотошаблоном и полупроводниковой пластиной был предусмотрен микроскопический воздушный зазор (10-20 микрон), что позволило избежать повреждений, присущих доминировавшей в те годы контактной литографии, когда фотошаблон попросту прижимался к пластине.
В 1975 году именно Canon первым в мире выпустил фотолитограф (FPA-141F), производивший чипы в субмикронном диапазоне (0,8 микрон). В 1984 году компания выпустила свой первый степпер (установка, пошагово перемещающая полупроводниковую пластину при работе) FPA-1500FA. К этому времени Canon уверенно занимал второе место в мире по выпуску фотолитографических машин после своего японского собрата Nikon. Американцы, лидировавшие на мировом рынке два десятилетия, были бесповоротно вытеснены японскими компаниями с мирового Олимпа.
Однако мы знаем, что в наши дни по части ультрафиолетовой фотолитографии Canon довольствуется производством наиболее простых установок, так называемых «сухих» фотолитографов, способных печатать чипы только по весьма «зрелым» техпроцессам. Такие машины в качестве источника светового излучения используют эксимерные лазеры с длиной волны 248 нм (KrF = фторид криптона) и даже ртутные лампы, использовавшиеся на заре полупроводниковой фотолитографии.
Но для производства чипов по таким достаточно передовым техпроцессам как 28, 22 и 16 нм уже необходимы иммерсионные фотолитографы, использующие дополнительную водяную линзу. Это позволяет улучшить общее разрешение системы и печатать более миниатюрные элементы, чем это возможно с помощью «сухих» фотолитографов. ASML и Nikon иммерсионные машины выпускают, а Canon – нет. Почему так? На самом деле в своё время Canon честно старался дать бой конкурентам по части иммерсионных литографов.
В 1997 году японская компания выпустила свою первую иммерсионную машину, сканер (установка, при работе одновременно перемещающая фотошаблон и полупроводниковую пластину) FPA-7000AS7, работавшую на ArF (фторид аргона) лазере с длиной волны 193 нм. Тогда же был выпущен и «сухой» сканер FPA-7000AS5, также работающий на источнике излучения 193 нм. И всё же выдержать конкуренцию с ASML и Nikon по части передовых фотолитографов у Canon не получилось, и компания сочла за благо свернуть эту программу и сосредоточиться на серийном выпуске более «зрелой» техники.
Однако большие амбиции у Canon от этого не исчезли. Японский производитель начал одновременную разработку так называемых безмасочных станков (прямая запись рисунка микросхемы на пластине без шаблона) и фотолитографов экстремального ультрафиолета EUV (именно на таких машинах, монопольно производимых голландской ASML, в наши дни изготавливаются все ультрасовременные чипы). И если разработка безмасочных машин как-то незаметно сошла на нет, то в создании EUV литографа Canon продемонстрировал недюжинные результаты, предъявив полноценную предсерийную EUV машину, работавшую на 13.5 нм источнике излучения (плазма олова).
Однако и в этом случае Canon не смог тягаться на равных ASML и вслед за Nikon сошёл с дистанции в гонке за EUV фотолитограф в 2009 году. Но на этом борьбу за мировое лидерство японский когломерат вовсе не прекратил. В 2014 году Canon неожиданно приобретает американскую компанию Molecular Imprints (сейчас Canon Nanotechnologies), мирового лидера в области ультрасовременной наноимпринтной фотолитографии.
В отличие от EUV фотолитографа, который переносит узор интегральной схемы на полупроводниковую пластину, покрытую фоторезистом (светочувствительным материалом), с помощью световых волн, наноимпринтная установка штампует интегральные схемы (при помощи специальной формы) непосредственно на кремниевые пластины, также предварительно покрытые фоторезистом.
Примечательно, что Canon удалось добиться чрезвычайно высокого разрешения своих новых систем. К примеру, первая коммерческая модель наноимпринтного литографа Canon FPA-1200NZ2C способна производить чипы по техпроцессу 5 нм. Более того, Canon утверждает, что после доработки его машины смогут работать даже по ультрасовременным 2 нм техпроцессам, что ставит их в один ряд с самыми современными EUV машинами ASML.
Ну а если учесть, что цены на эти установки практически на порядок ниже, чем у соответствующих машин ASML, и тоже самое можно сказать и о габаритах и энергопотреблении, то нельзя исключать, что в недалёком будущем 60-летняя история попыток Canon стать номером один в этой высокотехнологичной отрасли, наконец увенчается успехом.
❗ Для знатоков и любителей микроэлектроники, полупроводниковой промышленности и фотолитографии: заходите в премиум-раздел канала «Фотолитограф».