近日，佳能在其官網發布了一篇新聞稿，文中指出，該公司正式宣布推出fpa-1200nz2c納米印刷（nanoprinted lithography）半導體制造設備，采用不同于復雜光刻技術的方案，可以制造 5 nm 芯片。

佳能fpa-1200nz2c

無需euv也可制造5nm芯片

佳能表示，fpa-1200nz2c采用的技術和與傳統光刻設備采用的技術有很大不同。目前，荷蘭光刻機巨頭asml在先進制程方面主要采用的是極紫外光光刻的技術——先把光刻膠涂抹到晶圓上，再用特定光線照射這些膠水，產生化學反應，在晶圓表面形成刻痕。

極紫外線euv的光波長為13.5nm，光路系統可進一步把光刀縮放到原波長的四分之一，可用于生產2-5nm的芯片。euv光刻機最難的部分是光源，必須足夠亮才能保證光刻機高效工作。據悉，由于euv光源的能源轉換效率只有 0.02% 左右，所以輸出功率只有250w的euv光刻機，實際需要0.125萬千瓦的電力，耗電量是duv光刻機的10倍以上。也就是說，一臺euv光刻機一天需要耗費3萬度電。

據統計，臺積電2021年耗電量總計191.9億度，占臺灣全島用電量的7.2%，隨著3nm的量產這一比例將進一步上升。佳能fpa-1200nz2c采用的并非光刻，而更類似于印刷，不需要利用圖像投影的原理將集成電路的微觀結構轉移到硅晶圓上。由于fpa-1200nz2c不使用鏡頭，所以能夠以比現有曝光工藝更低的成本實現精細工藝。不過，值得注意的是，佳能fpa-1200nz2c只是替代芯片制造工藝中euv光刻機需要做的工作，其他的刻蝕、離子注入、薄膜沉積這些標準的芯片制造工藝仍然是需要的，當然也是完全兼容的，所以可以非常快速地融入當前的芯片制造工藝中。

佳能表示，目前該公司的納米印刷技術已經實現最小線寬為14nm的圖案化，相當于目前生產先進邏輯器件采用的5nm工藝。隨著納米印刷技術的進一步發展，圖案最小線寬有望達到10nm，相當于三星和臺積電當前正在致力于實現的2nm先進制程工藝。無疑佳能fpa-1200nz2c為先進芯片工藝的實現提供了更豐富的選擇，當前euv光刻機只有asml一家供應商，并且每一臺euv光刻機的價格都非常高昂。

據悉，現階段euv光刻機的售價在1.5億-2億美元/臺的水平，2nm采用的euv光刻機的價格預計將會超過單臺4億美元。同時，euv光刻機的使用還需要配套同樣價格不菲的檢測設備和服務配套設施、人員。佳能fpa-1200nz2c具有非常明顯的成本優勢，其設備系統價格僅為euv光刻機的40%，更為重要的是，其用電成本僅為euv光刻機的10%。佳能稱，fpa-1200nz2c能夠幫助芯片制造產業顯著降低碳排放。

接觸式和接近式生產不同

納米印刷技術之所以引起重視，除了其已經在nand閃存芯片制造工藝中完成對光刻機的替代，另外納米印刷技術也有望用于實現2nm。2nm及以下工藝采用的是 high-na euv光刻機，理論上數值孔徑越高，波長越短，能夠帶來更好的分辨率。asml的twinscan exe:5000 系列便是面向后3nm時代的設備，數值孔徑為0.55。不過，high-na euv光刻機現在面臨的巨大挑戰是如何維持商業標準的180w功率，同時實現之后所帶來的電量消耗會更加驚人。

雖然英特爾在高調地宣稱，該公司會在18a及以下工藝里率先導入high-na euv光刻機，但這種高昂的成本英特爾能夠受得起，客戶真的能夠承擔嗎？資金雄厚如蘋果這樣的公司在3nm階段都開始猶豫了，可想而知2nm會帶來多大的成本壓力。有傳言稱，4億美元一臺的設備售價讓臺積電內部出現了抱怨的聲音。無疑，佳能fpa-1200nz2c以及納米印刷此次引起關注也有對未來的考慮。

納米印刷是將類似于光罩的母版直接壓印到涂覆了光阻（納米壓印膠）的晶圓表面，待光刻膠和母版完成融合之后，使用紫外光將其固化，進而形成電路的三維結構。這個方式和數十年前的接觸式光刻機是一樣的，就像是通常意義上的蓋章，母版就像是印章，光刻膠就像是印泥，因此在晶圓上得到和印章相反的圖形，經過脫模就能夠得到一顆芯片。

通過這樣的方式，納米印刷克服了光刻工藝里分辨率極限問題，擁有更高的分辨率。不過，納米印刷有兩個明顯的問題需要解決。其一是對于光罩的使用成本，雖然納米印刷可以讓光罩融為一體，光刻工藝中光罩需要根據圖形進行拆分，不過接觸式對于光罩是存在污染和腐蝕的，這就導致光罩的報廢率會非常高。

對于先進工藝而言，光罩的成本也是非常高的，太高的報廢率帶來的成本上升有可能比電費上漲更嚇人。

據悉，目前納米印刷設備基本曝光十次之后就需要更換一次掩膜母版。有人可能會說，納米印刷并不需要光刻工藝里面的光罩，只需要普通的鉻板光罩即可，但由于是融合的母版，母版上的圖形尺寸更小，僅為光刻光罩的四分之一，需要更先進的制造設備，預計這依然是不小的負擔。

第二個問題是污染的問題，納米印刷和接觸式光刻的原理很像，也就同樣面臨污染的問題，這會導致良率非常低，雖然有旋涂光阻配合hodc（高階畸變補償）功能來彌補產能，不過還是和傳統光刻有一定的差距。為了克服污染的問題，佳能采用新開發的環境控制技術，可以抑制設備中細顆粒的污染，能夠幫助提升生產的良率。

目前，除了佳能-dnp-鎧俠聯盟，sk海力士也已經將印刷工藝導入到nand芯片制造工藝中。印刷術是中國的四大發明之一，那么納米印刷會是中國芯片解決生產問題的好辦法嗎？

當然，佳能的設備是無法賣給中國大陸客戶的。實際上，國內也一直都在鉆研納米印刷技術，但是進展和佳能有很大差距，并且國內的納米印刷設備主要面向wlo應用，終端領域是增強現實、3d傳感和數據通信/電信等。很顯然，國內沒有將納米印刷作為主攻技術，原因是雖然這種工藝可以實現5nm先進工藝，不過目前很多業者認為其更適合用于實現nand這樣的堆疊工藝器件，而更廣泛的邏輯器件方面，其適用性并不高。在復雜邏輯器件的制備上，復雜結構母版制備、圖形轉移缺陷控制、壓印過程精確化控制等方面的挑戰更大。

就像佳能所言，這是他們的努力方向。

佳能fpa-1200nz2c的推出具有一定的里程碑意義，標志著先進制程次世代又多了一個新選擇。不過，目前納米印刷技術的適用范圍還比較有限，很難具有duv光刻機和euv光刻機那樣的普適性。當然，納米印刷技術在節能和成本方面的優勢值得重視。對于國產芯片制造而言，走傳統光刻的路徑會顯得更加理性，畢竟納米印刷還會有很多配套技術需要完善和摸索，存在很大的不確定性。

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