界面新聞?dòng)浾?| 李彪

界面新聞編輯 | 文姝琪

由于在芯片生產(chǎn)中不可或缺，光刻機(jī)在世界各地構(gòu)建本土半導(dǎo)體供應(yīng)鏈時(shí)變得愈發(fā)重要。

來(lái)自荷蘭的ASML一家公司就占據(jù)了全球八成以上的市場(chǎng)份額，其生產(chǎn)的光刻機(jī)當(dāng)下常常一機(jī)難求，于是探索另一種技術(shù)路線、尋找替代性方案成為了行業(yè)公司自然而然的選擇。

佳能就是其中的代表。這家日本相機(jī)巨頭花二十年時(shí)間研發(fā)與ASML光刻路線不同的納米壓印技術(shù)，今年年初終于傳出重要成果。

今年1月，據(jù)《金融時(shí)報(bào)》報(bào)道，日本佳能高管接受專訪表示，公司最早將在今年量產(chǎn)自家的納米壓印半導(dǎo)體設(shè)備FPA-1200NZ2C。這款產(chǎn)品在去年10月首次亮相，對(duì)標(biāo)的是ASML旗下制造7納米以下先進(jìn)制程芯片的EUV（極紫外光刻）光刻機(jī)。據(jù)公司介紹，其已經(jīng)可以用來(lái)制造5納米芯片，預(yù)計(jì)到2026年可實(shí)現(xiàn)2納米。 

但外界對(duì)此依然存有質(zhì)疑。

半導(dǎo)體設(shè)備公司芯澈半導(dǎo)體創(chuàng)始人彭博方關(guān)注納米壓印技術(shù)在半導(dǎo)體領(lǐng)域的進(jìn)展已有十多年。彭博方曾在上海微電子、ASML任職研發(fā)光刻及套刻測(cè)量技術(shù)近十年，在復(fù)旦大學(xué)任職期間又從事過(guò)納米壓印及化合物半導(dǎo)體檢測(cè)技術(shù)的研究。在近期采訪中，他對(duì)今年佳能量產(chǎn)的納米壓印光刻機(jī)仍抱持懷疑觀望。

在他看來(lái)，最簡(jiǎn)單直接的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)就是看佳能產(chǎn)品上市后的客戶訂單。“如果佳能的產(chǎn)品今年量產(chǎn)后，東芝、SK海力士及更多與佳能宣布戰(zhàn)略合作的廠商真正用它來(lái)生產(chǎn)芯片，并推向市場(chǎng)公開(kāi)銷(xiāo)售，才真正算是納米壓印實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的里程碑?！?nbsp;彭博方對(duì)界面新聞?dòng)浾哒f(shuō)。

納米壓印與光刻是兩種不同的技術(shù)路線。

兩者的目標(biāo)相同，簡(jiǎn)單描述就是將設(shè)計(jì)好的集成電路圖“復(fù)制粘貼”到硅片上。而實(shí)現(xiàn)方法卻大有不同，形象的比喻類(lèi)似“照相”與“蓋印章”。

光刻主要采用化學(xué)手段，利用紫外光輔以光刻膠等特殊化學(xué)品發(fā)生反應(yīng)在硅片上“投影”出電路圖。納米壓印則主要采用物理手段，利用制作好的集成電路圖模板通過(guò)機(jī)械加壓“復(fù)印”到硅片之上。

由于沒(méi)有采用光刻中的投影成像原理，納米壓印省去了光刻機(jī)造價(jià)最昂貴的光學(xué)曝光機(jī)等成像系統(tǒng)，理論上認(rèn)為是一種更低成本的方案。按照佳能產(chǎn)品負(fù)責(zé)人的說(shuō)法，“納米壓印的價(jià)格將比EUV光刻機(jī)少一位數(shù)”，且耗電量只有光刻的十分之一。

ASML生產(chǎn)的EUV光刻機(jī)是全世界唯一能量產(chǎn)7納米以下先進(jìn)制程芯片的設(shè)備。今年1月，其又向外界首次公開(kāi)展示了制造2納米芯片的最新一代High NA EUV光刻機(jī)。

佳能希望納米壓印設(shè)備能夠做到與其“共存”。而這一切的前提，都建立在佳能能否兌現(xiàn)量產(chǎn)諾言，真正將納米壓印技術(shù)推廣至行業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)芯片。

外界的存疑并不是毫無(wú)來(lái)由。

首先，納米壓印并不是一項(xiàng)新技術(shù)。相比于光刻在1961年被引入芯片生產(chǎn)用以造出第一臺(tái)光刻機(jī)，納米壓印在半導(dǎo)體領(lǐng)域長(zhǎng)期處于邊緣位置。

1996年，普林斯頓電機(jī)系教授周郁（Stephen Chou）和學(xué)生在《Science》雜志上發(fā)表文章首次提出納米壓印技術(shù)。

與光刻機(jī)早早從最原始的接觸式進(jìn)化成非接觸式不同，納米壓印采用機(jī)械加壓方法必須接觸。但實(shí)際接觸過(guò)程中，納米壓印比光刻更容易出錯(cuò)，對(duì)準(zhǔn)與缺陷問(wèn)題始終是困擾納米壓印的兩大難關(guān)。

半導(dǎo)體又恰恰對(duì)生產(chǎn)精度要求最苛刻，芯片尺寸越小容錯(cuò)率越低。納米壓印技術(shù)長(zhǎng)期無(wú)法被證明應(yīng)用于量產(chǎn)半導(dǎo)體領(lǐng)域10納米以下先進(jìn)制程芯片的能力。直至今天，相應(yīng)制程芯片仍未大規(guī)模使用納米壓印技術(shù)生產(chǎn)。

佳能突破納米壓印技術(shù)講的并不是一個(gè)新故事。

從2004年開(kāi)始研究納米壓印，再到2014年收購(gòu)美國(guó)納米技術(shù)公司Molecular Imprints至今，幾乎每年都會(huì)傳出佳能納米壓印技術(shù)突破芯片生產(chǎn)尺寸的動(dòng)向，以至于一家海外專門(mén)追蹤佳能公司網(wǎng)站報(bào)道最新消息時(shí)，用的標(biāo)題是“佳能的納米壓印來(lái)了（再次）”（Canon’s Nanoimprint Arrives (again)）。

此外，佳能今年計(jì)劃量產(chǎn)的產(chǎn)品與其2017年發(fā)布交付給東芝的納米壓印設(shè)備型號(hào)相同，按照當(dāng)時(shí)宣傳，其已經(jīng)可以生產(chǎn)10納米以下的芯片。至于如何從10納米突破至5納米、期間市場(chǎng)上為什么沒(méi)有半導(dǎo)體廠商批量使用相關(guān)設(shè)備來(lái)生產(chǎn)芯片，佳能對(duì)外未作進(jìn)一步解釋說(shuō)明。

彭博方告訴界面新聞?dòng)浾?，佳能近年?lái)在解決對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題上確實(shí)有了較大的進(jìn)步，但納米壓印因缺陷問(wèn)題造成的誤差至今依舊沒(méi)有看到有效解決方案，無(wú)法滿足半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)芯片良率的要求，至今無(wú)法應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。

納米壓印目前主要廣泛應(yīng)用于對(duì)制造缺陷容忍度較高的行業(yè)領(lǐng)域，比如光學(xué)和生物芯片，包括LED、AR設(shè)備、太陽(yáng)能電池等等，但迄今為止都還未進(jìn)入到大規(guī)模量產(chǎn)階段。