佳能納米壓印技術又有新突破！能否解決中國的半導體設備危機之局？

據彭博社報道，佳能公司正計劃將其新的基于“納米壓印”技術的芯片制造設備的價格定為ASML的EUV光刻機的1/10。由于該設備可以用于制造5nm尖端制程芯片，且不是基于光學技術，或將成為中國繞過美國限制來制造尖端制程芯片的可行方案。但是，佳能首席執行官三井藤夫在采訪中表示，該設備無法出口到中國。


尖端制程嚴重依賴EUV光刻機

總部位于荷蘭的ASML是目前全球最大的光刻機廠商，同時也是全球唯一的極紫外光刻設備供應商。EUV光刻機是目前世界上最先進的芯片制造設備，每臺成本高達數億美元。

雖然目前在光刻機市場，還有尼康和佳能這兩大供應商，但是這兩家廠商的產品主要都是被用于成熟制程芯片的制造，全球市場份額僅有10%左右，ASML一家占據了90%的市場份額，并壟斷了尖端的EUV光刻機的供應。

目前7nm以下的先進制程芯片的大規模生產主要都是依賴于ASML的EUV光刻機，但只有少數現金充裕的公司才有能力投資購買這些EUV光刻機。

即便如此，EUV光刻機仍因為其在尖端芯片制造供應鏈中的關鍵地位而一直受到出口管制審查。多年前，美國就有向其盟友——荷蘭施壓，要求其限制EUV設備出口到中國。今年6月30日，荷蘭政府正式出臺了新的半導體出口管制措施，ASML被禁止向中國客戶出口EUV系統以及先進的浸沒式DUV系統。

這也意味著中國想要突破到5nm，甚至更尖端的制程工藝將會面臨極大的困難。


繞過EUV，佳能納米壓印技術可量產5nm

今年10月中旬，佳能公司宣布開始銷售基于“納米壓印”（Nanoprinted lithography，NIL）技術的芯片生產設備 FPA-1200NZ2C。佳能表示，該設備采用不同于復雜的傳統光刻技術的方案，可以制造5nm芯片。

此前佳能一直專注于制造不太先進光刻機產品。直到2014年，佳能收購了Molecular Imprints股份有限公司，開始押注納米壓印技術。近十年來，佳能一直在與日本光罩等半導體零組件制造商大日本印刷株式會社（DNP）和存儲器芯片制造商鎧俠（Kioxia）合作研發納米壓印工藝。該技術可以不使用EUV光刻機，就能使制程技術推進到5nm。

佳能表示，這套生產設備的工作原理和行業領導者 ASML 的光刻機不同，其并不利用光學圖像投影的原理將集成電路的微觀結構轉移到硅晶圓上，而是更類似于印刷技術，直接通過壓印形成圖案。

相較于目前已商用化的EUV光刻技術，盡管納米壓印技術的芯片制造速度要比傳統光刻方式慢，但鎧俠在2021年就曾表示，納米壓印技術可大幅減少耗能，并降低設備成本。原因在于納米壓印技術的制程較為簡單，耗電量可壓低至EUV 技術的10%，并讓設備投資降低至僅有EUV設備的40%。

佳能首席執行官三井藤夫在最新的采訪中表示，這項新的納米壓印技術將為小型半導體制造商生產先進芯片開辟一條道路。“價格將比ASML的EUV光刻機低一位數（即僅有10%）”這位88歲的老人上一次退出日常運營是在2016年，現在是他第三次擔任佳能公司總裁。他補充說，佳能尚未做出最終定價決定。

另外，納米壓印設備還可以使得芯片制造商降低對于ASML的EUV光刻機的依賴，使得臺積電、三星等晶圓代工廠可以有第二個路線選擇，可以更靈活的為客戶生產小批量芯片。甚至，芯片設計廠商可以不依賴于晶圓代工廠來自己生產小批量的芯片。

據了解，佳能目前正在日本東京北部的宇都宮建造20年來第一家新的光刻設備工廠，將于2025年上線。

對于納米壓印技術市場前景，三井藤夫說：“我不認為納米壓印技術會超過EUV，但我相信這將創造新的機會和需求。我們已經接到了很多客戶的咨詢。”


當前階段NIL技術面臨著多重挑戰

盡管佳能NIL技術帶來了Hardware世界的新曙光，但我們也要清醒看到這項技術目前還存在一定的不完美之處。具體來說，主要體現在以下幾個方面：

首先，NIL技術在制造出極高精度“印章”時仍面臨困難。目前，制作出足以生產5nm芯片的印章，依然需要依靠最先進的EUV光刻技術支持。

這對于佳能等新進入者形成一定門檻。

其次，NIL技術生產線的穩定性和良率也有待提高。

此前業內一些公司在應用NIL技術時曾遇到過產量不穩定，良品率較低的問題。佳能是否能夠解決這一痛點，需持續驗證。

最后，NIL技術也面臨與其他制程設備和流程的銜接問題。

畢竟，芯片制造是一個需要各個環節密切配合的復雜體系。so far，佳能在這方面的經驗還較為不足。

NIL技術作為一項較新的制造技術，其工業化生產過程中還存在諸多不確定性。

業內對其應用前景仍持觀望態度為宜。佳能等企業還需持續研發，才能讓這項技術發揮應有的顛覆性作用。


關于佳能納米壓印的一些疑問

納米壓印技術真的能實現5nm工藝嗎？

可以，但是要在特定的環境和特定的工藝中。

納米壓印技術能夠替代DUV甚至EUV技術嗎？

可能性不大。半導體技術的導入不僅僅是個技術問題，更是經濟問題。納米壓印在簡單的 3D 微納米結構圖形的批量處理上有優勢，在多層套刻缺陷控制方面難度很大，替代光刻做集成電路還有很大的距離，尤其在先端工藝中，目前不可能替代EUV。

而且納米壓印的母版主要采用電子束光刻和其他光刻工藝制造，納米壓印與其他光刻技術是相輔相成的。

納米壓印目前正在嘗試在半導體制造的某些工藝環節中替代傳統光刻，實際導入時間點還得看產業鏈協作。

佳能的納米壓印設備會進入中國市場嗎？

目前不能。今年7月起，日本開始實施限制23項半導體制造設備的出口，限制銷售設備和原材料覆蓋了28-45nm制程。佳能的納米壓印設備在限制范圍內。

佳能的納米壓印目前用在哪些領域，應用前景如何？

佳能對外發布的納米壓印發展戰略中指出，在用納米壓印半導體制造設備準備3D NAND量產的同時，將其應用擴展到DRAM、邏輯、微光學元件等領域。


佳能的納米壓印技術將對業界帶來哪些影響？

有專家表示，佳能納米壓印光刻設備的商業化，是納米壓印技術產業化歷程中具有里程碑意義的事件。作為半導體領域巨頭，佳能的影響力將引領和加速納米壓印技術的宣傳推廣和應用拓展。

納米壓印技術的關注度越來越高，業內玩家們已經感受到了熱度和壓力。材料，工藝，設備的產業鏈協同創新，大消費級場景中的應用爆發點發掘，上下游磨合的信任機制建立，是目前納米壓印技術實現應用突破的重要工作。