没有光刻机如何制作5nm芯片？

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最近芯片圈传出重磅消息。

佳能开发出新型芯片生产设备，无需光刻技术即可生产5纳米芯片。

而且无论如何优化，2nm工艺都不是什么大问题。

这让很多互联网用户感到困惑。佳能为什么造不出好的相机和芯片制造机？

一旦推出就会是5nm和2nm。

此时，差评君不得不帮助佳能做出弥补。事实上，佳能在芯片制造设备方面一直都有布局，其邻居尼康也是如此。

然而光刻机的顶尖技术一直被ASML垄断。佳能追不上，于是在研究光刻机的同时，还发现了另一条踪迹：纳米压印。

这次新闻中的主角也是这种“纳米压印”技术。无论如何，消息一出，吃瓜群众的反应是最热烈的。

诸如“光刻机即将被取代，纳米压印正在为未来而战”之类的话。 “ASML现在将会陷入恐慌，并在不同的赛道上被超越。” 。 。各种讨论让人兴奋不已，仿佛光刻机以后只能在废品箱里看到了。

差评君也寻求共识，却发现事情比预想的更加复杂和有趣。

首先，光刻机的发展这些年逐渐遇到瓶颈，裸眼芯片制造工艺的进度也明显放缓。

没有比较就没有邪恶。另一方面，纳米压印技术发展仅二十多年，速度却非常快。几年之内，它几乎将赶上光刻机的进步。

与20世纪50年代开始的光刻技术相比，速度提高了一倍多。

而且，与光刻机相比，新型纳米压印技术不仅成本更低，而且生产工艺更简单，更适合大规模生产。

这么说吧：如果用光刻技术制造一个芯片的总成本是十块钱，那么光刻技术就需要三块钱，时间成本也占到总成本的一半。

相比之下，使用纳米压印技术可以节省近30%的成本。如果晶圆产能进一步提高，可以立即节省一半以上的成本。

更重要的是，纳米压印技术的工艺过程非常简单，就像冲压一样。您应该见过或玩过如下所示的邮票。

纳米压印的原理类似，但只是微型版本。

制作过程分为两步：一是制作“封印”，二是“封口”。

首先，将印章所需材料喷涂到刻有电路的基板上，固化后即形成纳米压印印章。然后在晶圆上喷一层纳米压印胶，直接压印，等待固化后脱模。

制作和冲压印章时无需更换工具。一个“喉舌”就可以做到。在此期间，只需更换里面的材料即可。

隔壁的EUV光刻技术不仅需要巨大的透镜阵列来控制光线，还需要高功率的支持来产生极短波长的紫外光。

另一方面，纳米压印技术简单地结合了低能耗、工艺简单和设备轻量化的优点。许多人认为，这将是最有可能取代EUV光刻的技术。

现在，纳米压印技术已经发展出许多分支。印刷方式有热敏印刷、紫外线印刷和微接触印刷三种。芯片生产中经常使用紫外线印刷。在光线的影响下，压花胶很容易固化并从模具上脱落。

根据固化方法和印刷区域等分类，衍生出许多不同的工艺。

除了制造芯片外，这些工艺还可以用于LED、OLED和AR设备。

可以说，在纳米压印领域，已经出现百花齐放、驶入快车道的迹象。

此外，整个芯片行业也对纳米压印技术高度关注。

从2004年开始，我们上面提到的佳能就一直在悄悄研究纳米压印。 2014年收购美国纳米压印公司Molecular Imprints，正式宣布进军纳米压印市场。

后来，它还与东芝（现为 Kioxia）合作，利用纳米压印技术打造 3D NAND 闪存。三星在收购 EUV 设备的同时，也在开发纳米压印技术。

就连SK海力士也从佳能购买了纳米压印设备，准备进行3D NAND闪存生产测试，并计划在2025年实现量产。

如果能够成功实现商业化，200层以上3D NAND闪存的生产效率将显着提升。

届时，利用纳米压印技术制造DRAM、CPU等芯片也将不再遥远。

在中国，纳米压印市场也在快速发展，复旦大学、北京大学等多所大学开展了相关研究。日前佳能正式公布自家纳米压印设备后，也提振了国内相关概念股。汇创达盘中一度上涨超过14%。

国内一些上市公司如美凯迪、奥比中光、腾晶科技等也纷纷布局纳米压印相关产业，持续从事相关技术的研发。早期，市场的火爆最直观的体现就是专利。目前，中国纳米压印技术相关专利总数排名第二，占全球总量的16%。

这就是为什么纳米压印技术绝对是目前最流行的。

不过，差评君心中仍存疑虑。纳米压印技术就是这么简单，原理一句话就能说清楚。为什么这么晚才调查？这不是应该更早实施吗？

于是我回去仔细研究了纳米压印的工艺，发现纳米压印技术一开始就有一个很大的bug。

而这个BUG也算是回答了差评君的问题，即：光刻机会被取代还是被淘汰？

我们以冲压为例。要使用这种方法制造芯片，第一步是制作印模，但用于制作纳米压印“印章”的模具是1：1的。

但我们怎样才能在密封件中“挖掘”这样的纳米级通道呢？

（温馨提示：光刻机最初是因为无法挖出纳米级沟槽而被开发出来的，它在印刷电路板上使用5：1甚至10：1的放大光刻。）

因此，纳米压印的选择是光刻，或在实验室中暴露于电子束和聚焦离子束。

emmm这一圈又回到了起点。 。 。

幸运的是，用于制造密封件的“模具”可以重复使用，不需要大量生产，这是节省成本的另一种方式。不然就等于脱了裤子放屁。

除了这个重大BUG之外，纳米压印领域当然还存在很多技术问题。

我们在玩邮票的时候，通常都避免不了印品不平整或者缺棱角的情况。

在纳米级纳米压印技术中，这些情况更加不可避免。以下两侧高度不同、密封件变形、贴合不完全等现象是常见的不良品。

为了杜绝这些不良品的出现，我们需要在技术上下功夫。

首先是喷涂工艺，即将纳米印刷胶喷涂到晶圆上。该工艺对喷涂的厚度和均匀性提出了严格的要求，并防止气泡或灰尘进入。一进来就被拆了。 。 。

目前的解决方案是集中精力进行印刷过程并局部加热缺陷，使密封件和印刷胶正确贴合。

还有脱模过程。为了帮助压花胶更好地脱模，业界通常会在胶上涂上一层纳米级不粘材料。

虽然容易脱模，但这种不粘材料仍然会与模具产生摩擦，缩短模具的寿命。

此外，还存在压花橡胶材料和模具材料的选择、模​​具定位和套合精度、精确控制等诸多问题。

这些零碎的技术问题在产品中体现为良率问题。

因此，要实现纳米印刷芯片的量产，这些问题是无法避免的。要解决这些问题，离不开大量的研发和试错的费用。这一切都需要时间来维持。

最后，我们回到开头提到的问题，纳米压印能否取代光刻机。

相信看到这里的朋友心里应该有答案：绝对不会。毕竟纳米压印第一步就无法回避光刻技术。

更重要的是，差评君认为这两种技术之间的关系不是“非此即彼”。与其说纳米压印将取代光刻机，不如说纳米压印是光刻技术的延伸。

与20世纪的通用机床一样，他们最初只生产产品，后来转向生产专用工具。然后用专用工具生产产品，不仅扩大了产能，还降低了成本。

或许在未来的某个时刻，光刻机也会迎来这样的角色转变。届时，芯片产业或将完成新一轮创新。

撰稿：松鼠 编辑：江江、何然 封面：欢岩

图片及数据来源：

国科硬科技|纳米压印光刻机：国产能绕过ASML吗？

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