電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）提及芯片制造，首先想到的自然是光刻機(jī)和光刻技術(shù)。而眾所周知，EUV光刻機(jī)產(chǎn)能有限而且成本高昂，業(yè)界一直都在探索不完全依賴于EUV光刻機(jī)來(lái)生產(chǎn)高端芯片的技術(shù)和工藝。納米壓印光刻技術(shù)NIL在這條賽道上備受關(guān)注，是最有機(jī)會(huì)率先應(yīng)用落地的技術(shù)路線。

今年早些時(shí)候，根據(jù)英國(guó)金融時(shí)報(bào)的報(bào)道，負(fù)責(zé)監(jiān)督新型光刻機(jī)開發(fā)的佳能高管武石洋明在接受采訪時(shí)稱，采用納米壓印技術(shù)的佳能光刻設(shè)備FPA-1200NZ2C目標(biāo)最快在今年開始交付，這一設(shè)備的交付將為小型半導(dǎo)體制造商生產(chǎn)先進(jìn)芯片開辟了一條新的途徑。

與此同時(shí)，3月5日美光科技公司在一場(chǎng)舉辦的演講中表示，將率先支持佳能的納米壓印技術(shù)，從而進(jìn)一步降低生產(chǎn)DRAM存儲(chǔ)芯片的單層成本。

從存儲(chǔ)芯片開始，納米壓印攪動(dòng)芯片制造格局

納米壓印，一種新型的微納加工技術(shù)。納米壓印技術(shù)通過(guò)光刻膠輔助，將模板上的微納結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到待加工材料上的技術(shù)，其最早在20世紀(jì)90年代中期由華裔科學(xué)家周郁發(fā)明。單從EUV光刻技術(shù)原理來(lái)看，想要實(shí)現(xiàn)更高的分辨率，無(wú)外乎從三個(gè)層面著手。一是選用更小波長(zhǎng)的光源，二是通過(guò)界面材料提高數(shù)值孔徑NA值，三是獲取更低的工藝因子，其中主要的實(shí)現(xiàn)手段是縮短光源波長(zhǎng)。

但是光學(xué)光刻是存在分辨率極限的，縮小波長(zhǎng)的每一次實(shí)現(xiàn)都伴隨技術(shù)難度和成本倍增，所以EUV光刻機(jī)不僅產(chǎn)能有限而且成本極其高昂。而納米壓印的加工過(guò)程不使用可見光或紫外光加工圖案，而是使用機(jī)械手段進(jìn)行圖案轉(zhuǎn)移，所以能實(shí)現(xiàn)的分辨率完全不會(huì)受到光學(xué)光刻最短曝光波長(zhǎng)的物理限制，也不會(huì)像EUV需要如此高昂的成本。

在美光科技公司近期的演講中，也提到了DRAM節(jié)點(diǎn)和沉浸式光刻分辨率的問(wèn)題，“Chop層數(shù)量不斷增加，這就意味著添加更多的曝光步驟，來(lái)取出密集存儲(chǔ)器陣列外圍的dummy structures?！痹诠鈱W(xué)系統(tǒng)下，受限于技術(shù)本身的限制，DRAM層圖案已經(jīng)很難用光刻技術(shù)來(lái)進(jìn)行印刷。

“納米打印方式可以用更精細(xì)的方式打印出來(lái)，且鑒于納米壓印技術(shù)應(yīng)用成本是沉浸式光刻技術(shù)的五分之一，因此是非常不錯(cuò)的解決方案”，美光科技公司坦言。納米壓印分辨率只與模板圖案的尺寸相關(guān)，已經(jīng)能做到高于傳統(tǒng)光刻的分辨率。

雖然生產(chǎn)速度上會(huì)慢上一些，但是用于壓印的模板可以反復(fù)使用，大大降低了加工成本也方便進(jìn)行量產(chǎn)。因此美光計(jì)劃率先支持佳能的納米壓印技術(shù)，從而進(jìn)一步降低生產(chǎn)DRAM存儲(chǔ)芯片的單層成本。

存儲(chǔ)芯片，的確是目前最契合納米壓印技術(shù)的。存儲(chǔ)廠商在芯片制造上會(huì)更偏重對(duì)成本的把控，會(huì)放寬對(duì)缺陷的要求給予一定的設(shè)計(jì)余量，可以承受一定的缺陷只要不影響成品率就行。佳能規(guī)劃的納米壓印設(shè)備路線圖也是從3D NAND存儲(chǔ)芯片開始，逐漸過(guò)渡到DRAM，最終實(shí)現(xiàn)CPU等邏輯芯片的制造。

凱俠與佳能在納米壓印上的合作也已有多年，SK海力士也從Canon引進(jìn)納米壓印設(shè)備計(jì)劃在2025年左右使用該設(shè)備開始量產(chǎn)3D NAND閃存。三星同樣開發(fā)了包括納米壓印技術(shù)在內(nèi)多種方案以解決多圖案工藝導(dǎo)致的成本上升問(wèn)題。

佳能社長(zhǎng)御手洗富士夫也曾在去年表示，納米壓印光刻技術(shù)面世為半導(dǎo)體制造商生產(chǎn)先進(jìn)芯片開辟了一條新的途徑。

隨著佳能光刻設(shè)備最快今年開始交付，存儲(chǔ)芯片與納米壓印技術(shù)相結(jié)合，該技術(shù)能否降低存儲(chǔ)廠商對(duì)芯片代工廠的依賴，能否在存儲(chǔ)芯片的批量生產(chǎn)上大幅提高效率并降低成本，這一問(wèn)題的答案最早在今年就能看到。

降低芯片制造成本，納米壓印給國(guó)產(chǎn)先進(jìn)芯片發(fā)展帶來(lái)新思路

此前佳能公布FPA-1200NZ2C納米壓印光刻半導(dǎo)體設(shè)備社長(zhǎng)御手洗富士夫表示，納米壓印光刻半導(dǎo)體設(shè)備比ASML的EUV少1位數(shù)，而且這種機(jī)器所需功率只有EUV同類產(chǎn)品的十分之一。

從目前公布的進(jìn)展看，F(xiàn)PA-1200NZ2C已經(jīng)能夠勝任5nm節(jié)點(diǎn)芯片的制造。此前還有佳能高管表示只需要不斷改進(jìn)掩模，F(xiàn)PA-1200NZ2C甚至能生產(chǎn)2nm芯片。

除了制程節(jié)點(diǎn)上的適配，據(jù)日經(jīng)中文網(wǎng)報(bào)道，納米壓印能與極紫外光刻相比能將該工序的制造成本降低四成，耗電量降低九成。佳能此前公布的研究結(jié)果中，納米壓印光刻在吞吐量為80片時(shí)相對(duì)ArF光刻工藝可降低28%的成本，隨著吞吐量增加成本降低幅度可達(dá)到50%以上。

雖然納米壓印技術(shù)不會(huì)也不可能完全取代EUV，但是它如果能成功應(yīng)用，將打開芯片先進(jìn)制程制造的新思路。

眾所周知，目前我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正受到多方圍堵，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體制造商獲取先進(jìn)半導(dǎo)體制造設(shè)備受到了不小的限制，尤其是在先進(jìn)制程上。不例外的是佳能的納米壓印設(shè)備同樣是限制出口的，日本的出口管制清單中就有“可實(shí)現(xiàn)45nm以下線寬的壓印光刻裝置”。

當(dāng)前，納米壓印市場(chǎng)正在逐漸壯大，TechNavio數(shù)據(jù)顯示，2026年納米壓印市場(chǎng)有望達(dá)到33億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率可達(dá)17.74%。已有不少國(guó)內(nèi)廠商和科研機(jī)構(gòu)在納米壓印賽道上布局，如青島天仁微納、蘇州蘇大維格、美迪凱、水晶光電、炬光科技、蘇州光舵微納、昇印光電、新維度微納、歌爾股份等，助力國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體制造進(jìn)一步突破。

在納米壓印市場(chǎng)打磨多年的天仁微納已經(jīng)在微納光學(xué)市場(chǎng)占據(jù)了技術(shù)和市場(chǎng)領(lǐng)先地位，現(xiàn)在除了繼續(xù)迭代納米壓印光刻在晶圓級(jí)光學(xué)加工領(lǐng)域的拓展，還在持續(xù)加碼拓展納米壓印在半導(dǎo)體集成電路、平板顯示、生物芯片等其他領(lǐng)域的應(yīng)用，助力國(guó)產(chǎn)納米壓印設(shè)備打破進(jìn)口壟斷。

不久前炬光科技成功并購(gòu)瑞士SMO，SMO擁有納米壓印精密微納光學(xué)設(shè)計(jì)與加工制造技術(shù)，即結(jié)合微納光學(xué)設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行母版的設(shè)計(jì)與制造，在8英寸晶圓基板上進(jìn)行精密壓印，8英寸晶圓處于成熟量產(chǎn)階段。

光舵微納經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)及市場(chǎng)應(yīng)用推廣，已制造出多款研發(fā)型納米壓印設(shè)備及全自動(dòng)量產(chǎn)型納米壓印設(shè)備，在LED圖形化襯底產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了對(duì)尼康光刻機(jī)的產(chǎn)業(yè)化替代。目前也在積極拓展納米壓印技術(shù)在高端半導(dǎo)體領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

如果納米壓印設(shè)備在實(shí)際量產(chǎn)中真的取得了如預(yù)期中的效果，這對(duì)國(guó)內(nèi)納米壓印行業(yè)無(wú)疑將是一針強(qiáng)心劑，也將為國(guó)內(nèi)先進(jìn)芯片制造發(fā)展帶來(lái)新的思路。

小結(jié)

隨著半導(dǎo)體行業(yè)的快速發(fā)展，芯片越來(lái)越緊湊集成度越來(lái)越高，對(duì)芯片制造技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求，行業(yè)渴求更低成本的制造技術(shù)。納米壓印能否如預(yù)期中掀起先進(jìn)制程芯片制造的革命，不久之后就能在存儲(chǔ)領(lǐng)域見分曉。