「佳能牌」光刻機，值得期待嗎？

又是一次炒作？

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

消息一出，不少人號稱(chēng)這種光刻機已經(jīng)達到了EUV光刻機的水平，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(cháng)史。

之所以AMSL能默默無(wú)聞的小公司成長(cháng)為光刻機領(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)打敗了當時(shí)最流行的干式光刻技術(shù)。其次，ASML得到了來(lái)自臺積電、IBM等科技巨頭的資金、技術(shù)相助，最終才能量產(chǎn)出極度復雜的光刻機。

而整個(gè)ASML發(fā)展史的背后，存在一條“美日半導體競爭”的暗線(xiàn)。

在加入了由美國政府牽頭的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)的外國成員。在此之后，尼康和佳能徹底與高端光刻機市場(chǎng)無(wú)緣。

不過(guò)，并不是所有半導體制造都需要高端的EUV設備。同時(shí)，由于EUV設備價(jià)格昂貴、生產(chǎn)難度高，付完款還等著(zhù)排隊發(fā)貨，因此業(yè)內都希望能有ASML光刻機的“平替品”。

在這種情況下，佳能和尼康的光刻機走到了臺前。

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光刻機的方法。其中，尼康目前在浸入式光刻機領(lǐng)域推出分辨率不錯的產(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，就是在模板上設計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，只要設計好印章，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在晶圓級光學(xué)系統的制作中得到了廣泛應用。

到了2014年，佳能收購了一家名為MII的美國納米壓印基礎技術(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(lài)物理特性，基于機械復制，不受光衍射現象的限制。因此只要能設計出電路圖案，完全可以實(shí)現低于5nm的分辨率。

據佳能介紹，佳能NIL技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現最小實(shí)際線(xiàn)寬14nm的電路圖案，類(lèi)比我們熟知的5nm工藝，而隨著(zhù)技術(shù)進(jìn)一步改進(jìn)，最小有望實(shí)現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”。

事實(shí)上，佳能的NIL光刻機已經(jīng)得到了下游客戶(hù)的驗證，包括日系存儲公司鎧俠在內，已經(jīng)將NIL技術(shù)運用在15nm NAND閃存器上，并計劃在2025年推出應用NIL技術(shù)的5nm芯片。

圖 | NIL技術(shù)

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

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

NIL光刻機要火，再等等吧

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

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

在半導體制造中，5nm工藝定義為繼7nm節點(diǎn)之后的MOSFET技術(shù)節點(diǎn)。自2019年起由臺積電和三星電子開(kāi)始有限風(fēng)險生產(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、高性能計算芯片、芯片等細分領(lǐng)域的主流工藝，而5nm工藝的手機SoC同樣持續出貨中，這就需要芯片生產(chǎn)廠(chǎng)商能保證產(chǎn)能問(wèn)題。

但從佳能給出的數據來(lái)看，每臺FPA-1200NZ每小時(shí)能生產(chǎn)124片晶圓。作為對比，一臺ASML的光刻機每小時(shí)大約能處理275塊晶圓，最頂配的DUV光刻機甚至能達到每小時(shí)300+片的產(chǎn)能。

對于光刻機這種稀有貨而言，客戶(hù)自然希望出貨量越多，然而佳能的光刻機目前還難以達到ASML的水平。

當然為了提高產(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。

有專(zhuān)業(yè)人士指出，NIL技術(shù)可能更適應于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，對佳能NIL光刻機更加適合對工藝要求稍低的半導體產(chǎn)品。

圖 | NIL技術(shù)可應用領(lǐng)域

而除了產(chǎn)能偏低以外，客戶(hù)在購買(mǎi)NIL光刻機后還要考慮與之相關(guān)的設備和材料等問(wèn)題，在真正形成規模前，這些細節都是無(wú)法忽視的問(wèn)題。

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

光刻機市場(chǎng)會(huì )發(fā)生變化嗎？

雖然NIL光刻機還替代不了EUV光刻機，但對于A(yíng)SML也算是一種沖擊。

從市場(chǎng)規模來(lái)看，高端光刻機份額一直都被ASML獨占，尼康出貨少部分ArF dry光刻機，而佳能則完全集中在低端半導體市場(chǎng)，其中，中國市場(chǎng)又貢獻了絕大多數訂單。

在推出5nm光刻機后，佳能也隨之進(jìn)入先進(jìn)制程領(lǐng)域，勢必是瞄準了ASML獨享的這塊蛋糕。但從出貨量來(lái)看，ASML已經(jīng)占據近80%的份額，并且早早開(kāi)始了2nm工藝的布局。

另一方面，在復雜從國際形勢下，NIL光刻機能否進(jìn)入中國市場(chǎng)還是一個(gè)未知數。

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

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