又是一次炒作？

上周五，佳能公司發(fā)布新聞稿稱，將正式開(kāi)始銷(xiāo)售芯片生產(chǎn)設(shè)備 FPA-1200NZ2C，這種光刻設(shè)備采用了納米壓印技術(shù)（Nano-imprint Lithography，NIL），能夠規(guī)模制造5nm芯片。

圖 | 佳能FPA-1200NZ2C

注意看關(guān)鍵詞——可以制造5nm芯片的光刻機(jī)。

消息一出，不少人號(hào)稱這種光刻機(jī)已經(jīng)達(dá)到了EUV光刻機(jī)的水平，甚至將顛覆行業(yè)巨頭ASML！

論實(shí)力，佳能也曾是光刻機(jī)領(lǐng)域頭部玩家之一，搞點(diǎn)黑科技也并不奇怪，那么NIL技術(shù)真的可以媲美EUV光刻嗎？

押注NIL工藝，一次無(wú)奈選擇

在介紹NIL技術(shù)前，讓我們先回顧一下AMSL的成長(zhǎng)史。

之所以AMSL能默默無(wú)聞的小公司成長(zhǎng)為光刻機(jī)領(lǐng)域的霸主，首先是押注了浸沒(méi)式光刻技術(shù)，成功彎道超車(chē)打敗了當(dāng)時(shí)最流行的干式光刻技術(shù)。其次，ASML得到了來(lái)自臺(tái)積電、IBM等科技巨頭的資金、技術(shù)相助，最終才能量產(chǎn)出極度復(fù)雜的光刻機(jī)。

而整個(gè)ASML發(fā)展史的背后，存在一條“美日半導(dǎo)體競(jìng)爭(zhēng)”的暗線。

在加入了由美國(guó)政府牽頭的EUV LLC聯(lián)盟后，ASML成功取代尼康，成為唯一一家參與研發(fā)EUV技術(shù)的外國(guó)成員。在此之后，尼康和佳能徹底與高端光刻機(jī)市場(chǎng)無(wú)緣。

不過(guò)，并不是所有半導(dǎo)體制造都需要高端的EUV設(shè)備。同時(shí)，由于EUV設(shè)備價(jià)格昂貴、生產(chǎn)難度高，付完款還等著排隊(duì)發(fā)貨，因此業(yè)內(nèi)都希望能有ASML光刻機(jī)的“平替品”。

在這種情況下，佳能和尼康的光刻機(jī)走到了臺(tái)前。

雖然兩者目前只能在低端市場(chǎng)出貨，但在多年苦心努力經(jīng)營(yíng)下，兩者如今還是研究出繞開(kāi)EUV光刻機(jī)的方法。其中，尼康目前在浸入式光刻機(jī)領(lǐng)域推出分辨率不錯(cuò)的產(chǎn)品，而佳能更是直接押注了NIL工藝，用物理方法代替光刻技術(shù)。

所謂NIL，就是在模板上設(shè)計(jì)并制造好電子回路圖案，通過(guò)像蓋章一樣的壓印技術(shù)，轉(zhuǎn)移到涂有刻膠的硅基板上，再通過(guò)刻膠固化使模板脫落，從而完成整個(gè)完整的電路回路。

圖源 | 果殼硬科技

用蓋章來(lái)比喻，印章就是模板，而橡皮泥就是硅基板，只要設(shè)計(jì)好印章，自然能得到想要的圖案。

1995年，華裔科學(xué)家周郁教授首次提出納米壓印概念，從此揭開(kāi)了NIL技術(shù)的研究序幕。

經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，NIL在晶圓級(jí)光學(xué)系統(tǒng)的制作中得到了廣泛應(yīng)用。

到了2014年，佳能收購(gòu)了一家名為MII的美國(guó)納米壓印基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)公司，從而開(kāi)始了十多年的研究之路。

從介紹來(lái)看，NIL技術(shù)完全依賴物理特性，基于機(jī)械復(fù)制，不受光衍射現(xiàn)象的限制。因此只要能設(shè)計(jì)出電路圖案，完全可以實(shí)現(xiàn)低于5nm的分辨率。

據(jù)佳能介紹，佳能NIL技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)最小實(shí)際線寬14nm的電路圖案，類(lèi)比我們熟知的5nm工藝，而隨著技術(shù)進(jìn)一步改進(jìn)，最小有望實(shí)現(xiàn)10nm的電路圖案，也就是2nm工藝。

因此目前搭載最新NIL技術(shù)的FPA-1200NZ2C，自然成了外界口中媲美ASML的“5nm光刻機(jī)”。

事實(shí)上，佳能的NIL光刻機(jī)已經(jīng)得到了下游客戶的驗(yàn)證，包括日系存儲(chǔ)公司鎧俠在內(nèi)，已經(jīng)將NIL技術(shù)運(yùn)用在15nm NAND閃存器上，并計(jì)劃在2025年推出應(yīng)用NIL技術(shù)的5nm芯片。

圖 | NIL技術(shù)

而NIL光刻機(jī)另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是省去復(fù)雜的照明系統(tǒng)，因此功耗非常低，對(duì)比DUV、EUV光刻機(jī)，有非常明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

這么看，佳能似乎真的有機(jī)會(huì)打破ASML在5nm高端芯片的壟斷了嗎？

NIL光刻機(jī)要火，再等等吧

作為EUV光刻機(jī)的替代方案，佳能NIL技術(shù)似乎是個(gè)不錯(cuò)的思路。

但若是拋開(kāi)市場(chǎng)談?wù)摦a(chǎn)品，自然是欠缺考慮的。

在半導(dǎo)體制造中，5nm工藝定義為繼7nm節(jié)點(diǎn)之后的MOSFET技術(shù)節(jié)點(diǎn)。自2019年起由臺(tái)積電和三星電子開(kāi)始有限風(fēng)險(xiǎn)生產(chǎn)后，在2020年左右開(kāi)始批量生產(chǎn)。

如今三年時(shí)間過(guò)去，4nm、3nm已經(jīng)替代5nm成為業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的制程工藝，但作為先進(jìn)制程之一，5nm工藝仍然是汽車(chē)芯片、高性能計(jì)算芯片、芯片等細(xì)分領(lǐng)域的主流工藝，而5nm工藝的手機(jī)SoC同樣持續(xù)出貨中，這就需要芯片生產(chǎn)廠商能保證產(chǎn)能問(wèn)題。

但從佳能給出的數(shù)據(jù)來(lái)看，每臺(tái)FPA-1200NZ每小時(shí)能生產(chǎn)124片晶圓。作為對(duì)比，一臺(tái)ASML的光刻機(jī)每小時(shí)大約能處理275塊晶圓，最頂配的DUV光刻機(jī)甚至能達(dá)到每小時(shí)300+片的產(chǎn)能。

對(duì)于光刻機(jī)這種稀有貨而言，客戶自然希望出貨量越多，然而佳能的光刻機(jī)目前還難以達(dá)到ASML的水平。

當(dāng)然為了提高產(chǎn)能，佳能也嘗試通過(guò)同時(shí)壓印多個(gè)區(qū)域的方法提高晶圓產(chǎn)量。但這種做法會(huì)犧牲一定的精確性和質(zhì)量。然而NIL技術(shù)本身就對(duì)壓印的成像精度有極高的要求，稍有偏差就會(huì)影響整塊晶圓。

因此對(duì)于主流芯片來(lái)說(shuō)，采用NIL技術(shù)還是存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

有專業(yè)人士指出，NIL技術(shù)可能更適應(yīng)于NAND這種3D堆疊的閃存芯片，不一定適用于所有芯片。而目前來(lái)看，對(duì)佳能NIL光刻機(jī)更加適合對(duì)工藝要求稍低的半導(dǎo)體產(chǎn)品。

圖 | NIL技術(shù)可應(yīng)用領(lǐng)域

而除了產(chǎn)能偏低以外，客戶在購(gòu)買(mǎi)NIL光刻機(jī)后還要考慮與之相關(guān)的設(shè)備和材料等問(wèn)題，在真正形成規(guī)模前，這些細(xì)節(jié)都是無(wú)法忽視的問(wèn)題。

總之，NIL光刻機(jī)是目前EUV光刻機(jī)很好的替代方案，但離完全替代還差得很遠(yuǎn)。

光刻機(jī)市場(chǎng)會(huì)發(fā)生變化嗎？

雖然NIL光刻機(jī)還替代不了EUV光刻機(jī)，但對(duì)于ASML也算是一種沖擊。

從市場(chǎng)規(guī)模來(lái)看，高端光刻機(jī)份額一直都被ASML獨(dú)占，尼康出貨少部分ArF dry光刻機(jī)，而佳能則完全集中在低端半導(dǎo)體市場(chǎng)，其中，中國(guó)市場(chǎng)又貢獻(xiàn)了絕大多數(shù)訂單。

在推出5nm光刻機(jī)后，佳能也隨之進(jìn)入先進(jìn)制程領(lǐng)域，勢(shì)必是瞄準(zhǔn)了ASML獨(dú)享的這塊蛋糕。但從出貨量來(lái)看，ASML已經(jīng)占據(jù)近80%的份額，并且早早開(kāi)始了2nm工藝的布局。

另一方面，在復(fù)雜從國(guó)際形勢(shì)下，NIL光刻機(jī)能否進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)還是一個(gè)未知數(shù)。

如果佳能不能與合作伙伴拿出現(xiàn)象級(jí)產(chǎn)品，ASML的壟斷還會(huì)持續(xù)下去。

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