不用光刻機，如何製造5nm芯片？_風聞

本文原創於微信公眾號：差評作者：差評君

最近，芯片圈兒又有大新聞了。

佳能搞出了個新的芯片製造設備，不用**光刻技術****，**就能造 5nm 的芯片。

而且説是再優化優化， 2nm 製程也不是啥大問題。

這可先把一眾網友們搞懵圈兒了，佳能怎麼不好好造相機，跑出來搞造芯片的機器了？

並且一出手就是 5nm 、 2nm 的。

而這，差評君就不得不先幫佳能找補幾句了，其實一直以來，佳能在芯片製造設備上都有佈局，隔壁的尼康也是一個樣。

不過目前光刻機的頂尖技術一直都被 ASML 獨佔，佳能眼看追不上，於是在研究光刻機的同時，又找了另外一條賽道：納米壓印。

這次新聞的主角，也正是這個 “ 納米壓印 ” 技術，反正消息一出，吃瓜羣眾們的反應是最熱烈的。

像是什麼**“ 光刻機即將被取代，納米壓印戰未來 ” “ ASML 這下要慌了，被換賽道超車了 ” 。。。**各種討論看得人一片沸騰，好像光刻機這玩意兒，以後只能在廢品回收站裏看到了似的。

差評君也去大致瞭解了一下，卻發現事情比想象中的複雜，且有趣。

首先這些年來，光刻機的發展已經逐漸走到一個瓶頸期，芯片製程的進步速度，也肉眼可見得變慢。

沒有對比就沒有傷害，反觀發展至今才二十多年的納米壓印技術，卻是一個 “ 快 ” 字了得，噌噌幾年就快要趕上光刻機的進度了。

對比上個世紀五十年代起步的光刻技術，速度直接翻了一倍多。

並且，新的納米壓印技術和光刻機相比，不但成本也降了，甚至製造工藝也賊簡單，更適合大規模生產。

這麼説吧，用光刻技術造芯片，總成本要是十塊，光刻技術就得花三塊，時間成本也佔到總成本的一半。

對比之下，用納米壓印技術可以省掉將近三成的成本，要是晶圓吞吐量再提升一點，直接就能節省一大半的成本。

更重要的是，納米壓印技術的工藝非常簡單，跟蓋章一樣，像下圖這種印章各位差友們應該都見過或者玩過吧。

納米壓印的原理呢，和它差不多，只不過是迷你微縮版。

製造的過程統共就分兩步，一步造 “ 印章 ” ，一步 “ 蓋章 ” 。

先在刻好電路的底板上噴塗印章所需的材料，等凝固後就是納米壓印的印章。

然後再在晶片上噴塗一層納米壓印膠，直接蓋章、等待凝固、脱模就 OK 了。

在造印章、蓋章的過程中，都不用替換工具，一個 “ 噴頭 ” 就能搞定，期間只需要更換裏面的材料。

而隔壁需要折來折去的 EUV 光刻技術，不僅要一個龐大的透鏡陣列來控制光線，並且要產生這個波長極短的極紫外光，還得大功率支撐着。

這樣對比之下，納米壓印技術簡直是集能耗小、工藝簡單、設備輕便等優點於一身，不少人都認為這會是最有可能替代 EUV 光刻的技術。

而且如今，納米壓印技術也已經發展出了不少分支，光是壓印方式就有三種：熱壓印、紫外壓印和微接觸壓印，其中紫外壓印常用在芯片製造中，在紫外光的照射下，壓印膠很容易凝固脱模。

根據固化方式、壓印面積等分類也衍生出了很多不同的工藝。

這些工藝，除了造芯片之外，還能用在 LED 、 OLED 、 AR 設備中。

可以説，在納米壓印這塊兒，已經有百花齊放，步入快車道的跡象了。

另外，整個芯片製造行業，對納米壓印技術的關注也不少。

從 2004 年開始，上面我們提到的佳能，就開始悄悄研究起了納米壓印。2014 年它收購了美國的一家納米壓印公司 Molecular Imprints （ 分子壓模 ），正式宣佈進入納米壓印市場。

後來，它還和東芝（ 現在的鎧俠 ）合作，準備用納米壓印技術造 3D NAND 閃存，三星在買 EUV 設備的同時，也還在着手進行納米壓印技術的研發。

就連 SK 海力士也從佳能那邊買了納米壓印設備，準備搞 3D NAND 閃存生產測試，並計劃在 2025 年實現大規模量產。

如果能順利實現商業化的話， 200 層以上的 3D NAND 閃存生產效率會大大提高。

到時候，用納米壓印技術造 DRAM 、 CPU 等芯片自然也就不遠了。

在國內，納米壓印的市場也是發展得火熱，不少高校像復旦、北大等都有相關的研究。前幾天佳能官宣自家的納米壓印設備之後，還順帶拉動了國內相關概念股，匯創達盤中一度漲超 14% 。

國內的一些上市企業，比如美凱迪、奧比中光、騰景科技等也都在納米壓印相關行業有所佈局，並且還在繼續搞相關技術的研發。

前期，市場火熱最直觀的體現就是在專利上，目前國內在納米壓印技術相關專利總數上排名第二，佔比全球總數的 16% 。

所以説**納米壓印技術，**妥妥是目前的當紅辣子雞。

不過在差評君心裏還有個疑團，納米壓印技術這麼簡單，一句話就能解釋清楚原理，為啥這麼晚才被研究，不應該早就應用了嗎？

於是我又回過頭仔細研究了下納米壓印的工藝流程，發現納米壓印這技術，在一開始就卡了個大 BUG 。

而這 BUG ，也算是解答了差評君的疑問，那就是：光刻機到底會不會被取代、被淘汰？

還拿蓋印章的例子來説，用這種方法做芯片，第一步首先得做印章吧，但納米壓印做那個 “ 印章 ” 的模具是 1 ：1 的。

但要怎麼 “ 挖出 ” 印章裏這種納米級的溝道？

（ 温馨提示：當初就是因為挖不出納米級的溝道才搞出的光刻機，用 5 ：1 甚至 10 ：1 放大後的電路板光刻。 ）

所以能供納米壓印選擇的要麼是**光刻，**要麼就是實驗室裏的電子束曝光以及聚焦離子束。

emmm 合着這一圈兒又回到起點了。。。

不過好在那個做印章的 “ 模具 ” 可以重複使用，不用大量生產，也算是另一種方式的節省成本，不然真就是脱褲子放屁。

當然，除了這個大 BUG 外，納米壓印還有不少的技術難題等着解決。

平時我們自己玩印章的時候都避免不了印的不均勻，或者缺邊少角的。

而在納米尺度下的納米壓印技術，這些情況就更不能避免了，像下面這些兩邊高度不一、印章變形、沒有完全契合的現象都是很常見的殘次品。

要避免這些殘次品的出現，就得在技術上下功夫。

首先就是噴塗過程，也就是在晶片上噴塗納米壓印膠，在這個過程中，噴塗的厚度、均勻度等都有着嚴格的要求，並且還不能有氣泡、灰塵進入，一旦進入直接就報廢了。。。

解決辦法目前都是在壓印過程下功夫，局部加熱不均勻的部分，好讓印章和印膠嚴密貼合。

還有就是脱模過程，為了能讓壓印膠更好的脱模，業內一般都會在膠上面搞上一層納米級別的抗粘性材料。

這雖然好脱模了，但這種抗粘性材料還會和模具發生摩擦啥的，模具的壽命也會因此縮短。

另外還有壓印膠材料、模具材料的選擇，模具定位及套刻精度，精確控制等等一系列問題。

這些零碎的技術難題，體現到產品上就是良率的問題。

所以，要實現納米壓印芯片量產就繞不開這些問題，而要解決這些問題，大量的研發以及試錯成本少不了，這一切，都需要時間來支撐。

最後，再回到開頭説的納米壓印能不能取代光刻機的問題上。

相信看到這裏的朋友們心裏應該都有答案了：肯定不會**，**畢竟納米壓印在第一步就繞不開光刻技術。

更重要的是，差評君覺得，這兩種技術之間的關係並不是非此即彼，與其説納米壓印會取代光刻機，不如説納米壓印是光刻技術的延伸。

就像二十世紀通用機牀一樣，一開始它們只生產產品，後來轉向生產專用工具，專用工具再生產產品，不僅擴大了產能，還降低了成本。

或許未來有一天，光刻機也會迎來這樣的角色轉變，到時候，説不定芯片製造業**，已經完成了****新一輪的革新。**

圖片、資料來源：

果殼硬科技 | 納米壓印光刻，能讓國產繞過 ASML 嗎

semiengineering | Nanoimprint Finally Finds Its Footing

半導體行業觀察 | 納米壓印，終於走向台前？