尼康通过数字光刻技术推进半导体制造
新的数字技术正不断丰富我们的日常生活。从生成式人工智能、视频流媒体到云服务，这些创新正推动数据量爆发式增长，并对数据中心及其背后的半导体性能提出了前所未有的需求。
凭借在半导体和FPD（平板显示器）光刻系统领域数十年的专业积累，尼康开发了数字光刻系统 DSP-100，为半导体制造引入了一种全新的方法。
推动半导体微缩化的新途径
半导体对众多行业至关重要，从日常电子产品到关键基础设施，无处不在。随着数字化进程加速，它已成为推动半导体需求增长的核心驱动力。
半导体制造包含两大主要阶段：前道工序和后道工序。前道工序涉及反复形成薄膜并利用光刻设备进行光刻，从而在硅晶圆上刻蚀出复杂的电路图案。在后道工序中，这些晶圆被切割成单个芯片并进行封装。
长期以来，通过前道工序实现的电路微缩化一直是提升半导体性能的主要动力。然而，随着进一步微缩的技术挑战日益严峻，业界需要新的应对方案。其中一个极具前景的方向是先进封装——这是一种后道工艺技术，通过微缩化以外的方法提升性能。通过高密度集成多个芯片，先进封装能在有效增强性能的同时，兼顾节能与成本控制。
尼康认为，凭借多年积淀的专业技术，公司不仅能在长期深耕的前道微缩化领域贡献力量，也能在后道工序的先进封装领域创造新价值。
尼康首次涉足后道光刻
在传统的先进封装光刻系统中，“步进重复式光刻”（Step-and-repeat lithography）长期占据主流。这是一种基于掩模（Mask）的投影工艺，将图案从光罩转移到基板上。然而，随着封装尺寸的增大，所需的掩模数量也随之增加，从而降低了整体生产效率。由于图案尺寸受限于单个掩模的物理维度，必须反复更换掩模并分步进行曝光。
这正是“无掩模光刻”（Maskless lithography）发挥巨大威力的领域。该方法不再使用光罩，而是采用空间光调制器（SLM）直接将电路图案（如CAD数据）投影到基板上。由于完全省去了掩模，这种方法不仅显著降低了半导体开发与生产的成本和周期，还使大型先进封装基板的高效生产不再受限于光罩尺寸。
然而，仅采用无掩模光刻方法并不足以彻底变革先进封装。要成功实现这一目标，光刻系统本身需要拥有极其精密的数字化技术基础。
45年来，尼康研发并制造了超过10,000台光刻设备，广泛应用于半导体（前道）和FPD领域。数十年来建立的技术基石正转化为先进封装的新价值。其成果便是尼康首款后道光刻系统：数字光刻系统 DSP-100。
技术融合创造独特优势
DSP-100 由四大核心技术支撑：前述的“无掩模光刻”、“高分辨率”、“多镜头技术”以及“高速工作台技术”。
首要的是高分辨率技术。光刻系统的分辨率对于形成精细电路图案至关重要。尼康利用在半导体光刻系统中磨炼出的光学设计技术，实现了纳米级分辨率，使 DSP-100 能够轻松达到 1.0 µm (L/S) 的分辨率。
与此同时，DSP-100 的另一大优势是尼康长期应用于 FPD 光刻系统的多镜头技术。在为 DSP-100 采用无掩模光刻方案时，尼康意识到传统方法在产能上仍显不足。为此，尼康引入了多镜头技术，通过精确对齐和控制多个镜头，实现大面积、高精度的曝光，这为 DSP-100 实现高产能发挥了重要作用。
此外，高速工作台技术也对产能做出了显著贡献。在尼康 FPD 光刻系统中，该技术可针对 1,500 x 1,850 mm 的大型基板实现每小时 86 块面板的高处理量。这一成熟技术现已成功应用于 DSP-100。
虽然凭借技术专长，DSP-100 已初具雏形，但如何在高分辨率与高产能之间取得最佳平衡仍是一项重大挑战。最大的难点在于处理驱动 SLM 所需的海量数据。
在数字光刻系统中，定义图案的设计数据需要转化为实际光刻的驱动数据。随着图案越发精细，SLM 所需的分辨率更高，驱动数据量呈几何级数增长。随之而来的是设计数据转换时间的延长，不可避免地降低了生产效率。尼康最终通过开发一种专利技术克服了这一障碍，在不损失分辨率的前提下，实现了向 SLM 的高速数据传输。这一突破是跨越技术壁垒的关键。
通过尼康先进技术的协同效应，DSP-100 后道光刻系统成功问世，在分辨率和产能之间达到了卓越的平衡。
开启半导体制造新篇章
自发布以来，DSP-100 引起了各行各业的强烈关注，其中甚至包括一些尼康此前未曾涉及的领域。这反映了日常产品和服务对高性能半导体日益增长的需求。为了满足这些需求，尼康目前正与后道工序的多家客户进行系统评估，同时下一代数字光刻系统的开发工作也在推进中。
凭借在半导体和FPD光刻领域的双重专业优势，尼康在为后道领域创造新价值方面拥有独特地位。DSP-100 必将在推动半导体制造进步中发挥关键作用，支持社会所依赖的设备与服务持续演进。
来自开发团队的声音
精机事业部 次世代事业开发部——八木武 (Takeshi Yaegaki)
“进入后道领域是一项令人兴奋的挑战，作为一名工程师，我能感受到周围巨大的热情。我们很高兴看到客户对该系统在先进封装中发挥核心作用充满期待，并乐观地认为尼康能够实现这一目标。我们全力以赴满足客户期待，助力开启半导体制造的新时代。”
光学工程部——藤井大裕 (Daiyu Fujii)
“我们相信，未来市场对高分辨率、套刻精度和产能的需求将进一步提升。我们深知这些因素往往存在权衡关系（Trade-offs），因此我们的使命是准确评估客户需求和市场趋势。只有这样，我们才能不断创造出为客户带来更大价值的系统。”
精机事业部 产品战略部——西泽骏哉 (Shunya Nishizawa)
“在半导体制造，尤其是先进封装的后道工艺市场中，基板尺寸和封装结构的行业标准尚未统一。因此，不同客户对 DSP-100 的规格需求存在很大差异。这就是为什么我们不仅与客户保持密切沟通，还与涉及相关工艺的材料和设备制造商进行交流。通过纵览全局，我们能更好地理解每个客户的真实价值需求以及如何将其最大化。展望未来，我们希望通过有效连接前道和后道技术，提供真正支持整个半导体制造行业的光刻系统。”
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