「佳能牌」光刻机,值得期待吗?

jh 8个月前 (10-16)

又是一次炒作?

「佳能牌」光刻机,值得期待吗?

上周五,佳能公司发布新闻稿称,将正式开始销售芯片生产设备 FPA-1200NZ2C,这种光刻设备采用了纳米压印技术(Nano-imprint Lithography,NIL),能够规模制造5nm芯片。

「佳能牌」光刻机,值得期待吗?

图 | 佳能FPA-1200NZ2C

注意看关键词——可以制造5nm芯片的光刻机

消息一出,不少人号称这种光刻机已经达到了EUV光刻机的水平,甚至将颠覆行业巨头ASML!

论实力,佳能也曾是光刻机领域头部玩家之一,搞点黑科技也并不奇怪,那么NIL技术真的可以媲美EUV光刻吗?

押注NIL工艺,一次无奈选择

在介绍NIL技术前,让我们先回顾一下AMSL的成长史。

之所以AMSL能默默无闻的小公司成长为光刻机领域的霸主,首先是押注了浸没式光刻技术,成功弯道超车打败了当时最流行的干式光刻技术。其次,ASML得到了来自台积电、IBM等科技巨头的资金、技术相助,最终才能量产出极度复杂的光刻机。

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而整个ASML发展史的背后,存在一条“美日半导体竞争”的暗线。

在加入了由美国政府牵头的EUV LLC联盟后,ASML成功取代尼康,成为唯一一家参与研发EUV技术的外国成员。在此之后,尼康和佳能彻底与高端光刻机市场无缘。

不过,并不是所有半导体制造都需要高端的EUV设备。同时,由于EUV设备价格昂贵、生产难度高,付完款还等着排队发货,因此业内都希望能有ASML光刻机的“平替品”。

在这种情况下,佳能和尼康的光刻机走到了台前。

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虽然两者目前只能在低端市场出货,但在多年苦心努力经营下,两者如今还是研究出绕开EUV光刻机的方法。其中,尼康目前在浸入式光刻机领域推出分辨率不错的产品,而佳能更是直接押注了NIL工艺,用物理方法代替光刻技术。

所谓NIL,就是在模板上设计并制造好电子回路图案,通过像盖章一样的压印技术,转移到涂有刻胶的硅基板上,再通过刻胶固化使模板脱落,从而完成整个完整的电路回路

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图源 | 果壳硬科技

用盖章来比喻,印章就是模板,而橡皮泥就是硅基板,只要设计好印章,自然能得到想要的图案。

1995年,华裔科学家周郁教授首次提出纳米压印概念,从此揭开了NIL技术的研究序幕。

经过20多年的发展,NIL在晶圆级光学系统的制作中得到了广泛应用。

到了2014年,佳能收购了一家名为MII的美国纳米压印基础技术研发公司,从而开始了十多年的研究之路。

从介绍来看,NIL技术完全依赖物理特性,基于机械复制,不受光衍射现象的限制。因此只要能设计出电路图案,完全可以实现低于5nm的分辨率。

据佳能介绍,佳能NIL技术已经可以实现最小实际线宽14nm的电路图案,类比我们熟知的5nm工艺,而随着技术进一步改进,最小有望实现10nm的电路图案,也就是2nm工艺。

因此目前搭载最新NIL技术的FPA-1200NZ2C,自然成了外界口中媲美ASML的“5nm光刻机”。

事实上,佳能的NIL光刻机已经得到了下游客户的验证,包括日系存储公司铠侠在内,已经将NIL技术运用在15nm NAND闪存器上,并计划在2025年推出应用NIL技术的5nm芯片。

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图 | NIL技术

而NIL光刻机另一个优点,就是省去复杂的照明系统,因此功耗非常低,对比DUV、EUV光刻机,有非常明显的价格优势。

这么看,佳能似乎真的有机会打破ASML在5nm高端芯片的垄断了吗?

NIL光刻机要火,再等等吧

作为EUV光刻机的替代方案,佳能NIL技术似乎是个不错的思路。

但若是抛开市场谈论产品,自然是欠缺考虑的。

在半导体制造中,5nm工艺定义为继7nm节点之后的MOSFET技术节点。自2019年起由台积电和三星电子开始有限风险生产后,在2020年左右开始批量生产。

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如今三年时间过去,4nm、3nm已经替代5nm成为业内最先进的制程工艺,但作为先进制程之一,5nm工艺仍然是汽车芯片、高性能计算芯片、芯片等细分领域的主流工艺,而5nm工艺的手机SoC同样持续出货中,这就需要芯片生产厂商能保证产能问题。

但从佳能给出的数据来看,每台FPA-1200NZ每小时能生产124片晶圆。作为对比,一台ASML的光刻机每小时大约能处理275块晶圆,最顶配的DUV光刻机甚至能达到每小时300+片的产能。

对于光刻机这种稀有货而言,客户自然希望出货量越多,然而佳能的光刻机目前还难以达到ASML的水平

当然为了提高产能,佳能也尝试通过同时压印多个区域的方法提高晶圆产量。但这种做法会牺牲一定的精确性和质量。然而NIL技术本身就对压印的成像精度有极高的要求,稍有偏差就会影响整块晶圆。

因此对于主流芯片来说,采用NIL技术还是存在一定的风险。

有专业人士指出,NIL技术可能更适应于NAND这种3D堆叠的闪存芯片,不一定适用于所有芯片。而目前来看,对佳能NIL光刻机更加适合对工艺要求稍低的半导体产品。

「佳能牌」光刻机,值得期待吗?

图 | NIL技术可应用领域

而除了产能偏低以外,客户在购买NIL光刻机后还要考虑与之相关的设备和材料等问题,在真正形成规模前,这些细节都是无法忽视的问题。

总之,NIL光刻机是目前EUV光刻机很好的替代方案,但离完全替代还差得很远。

光刻机市场会发生变化吗?

虽然NIL光刻机还替代不了EUV光刻机,但对于ASML也算是一种冲击。

从市场规模来看,高端光刻机份额一直都被ASML独占,尼康出货少部分ArF dry光刻机,而佳能则完全集中在低端半导体市场,其中,中国市场又贡献了绝大多数订单。

「佳能牌」光刻机,值得期待吗?

在推出5nm光刻机后,佳能也随之进入先进制程领域,势必是瞄准了ASML独享的这块蛋糕。但从出货量来看,ASML已经占据近80%的份额,并且早早开始了2nm工艺的布局。

另一方面,在复杂从国际形势下,NIL光刻机能否进入中国市场还是一个未知数

如果佳能不能与合作伙伴拿出现象级产品,ASML的垄断还会持续下去。

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