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中國晶片沒有艾司摩爾也沒關係?SemiAnalysis:佳能奈米壓印技術可挑戰EUV曝光機

鉅亨網新聞中心
SemiAnalysis:佳能奈米壓印技術可挑戰EUV曝光機。(圖:Shutterstock)
SemiAnalysis:佳能奈米壓印技術可挑戰EUV曝光機。(圖:Shutterstock)

美國半導體技術機構 SemiAnalysis 報告指出,日本佳能(Canon)的奈米壓印(Nanoimprint Lithography)技術在國際半導體領域被視為「可匹敵甚至超越 EUV 曝光機的能力」,或成為中國晶片突破的關鍵。

分析指出,理論上,奈米壓印可達到甚至超過 EUV 的曝光分辨率,而且設備製造成本遠低於 EUV 曝光機。

值得注意的是,與美國對日本部分半導體設備的出口管制不同,奈米壓印設備仍可進行出口。

中國分析人士表示,對中國企業而言,若在 EUV 技術上進展有限,與佳能合作採用奈米壓印製造晶片,也是一條可行技術路線。
不過,奈米壓印仍面臨多項挑戰,包括零件損耗、多層圖案對齊精度以及先進邏輯晶片的良品率問題。

奈米壓印技術

奈米壓印與光學微影的核心理念一致,都是將掩模板上的圖案轉印到晶圓上。製程流程包括多層圖案化疊加,接著進行刻蝕、沉積等工藝,最終完成晶片製造並進入封裝環節。

不過,光學微影透過光源快速掃描印刷,而奈米壓印則使用特定的「印章」進行機械化印刷,兩者在技術本質上有所差異。

奈米壓印技術最早由美國普林斯頓大學華人科學家周郁於 1995 年提出,並於 2001 年進入商業化領域,由分子壓模公司(Molecular Imprints Inc.)開始應用於半導體晶片製造。

2014 年,佳能收購分子壓模公司,並與日本印刷株式會社、鎧俠控股等企業共同開發奈米壓印晶片製造技術。

此外,佳能也將奈米壓印定位為艾司摩爾 (ASML-US) EUV 的替代方案,意圖縮短與艾司摩爾的技術差距。

全球微影設備競爭格局

目前全球半導體微影設備市場由艾司摩爾、尼康(Nikon)與佳能三大巨頭主導,中國企業緊隨其後。

艾司摩爾擁有浸潤式 DUV 及 EUV 曝光機,尼康則以傳統微影為主,設備技術略遜於艾司摩爾;佳能則持有乾式 DUV 曝光機及已商用的奈米壓印設備。

2023 年 10 月 13 日,佳能推出 FPA-1200NZ2C 奈米壓印曝光機,硬體能力可支持最小線寬 14 奈米晶片製造,相當於邏輯晶片的 5 奈米節點。

隨著掩模技術提升,該設備理論上可製造 2 奈米節點的邏輯晶片,且成本遠低於艾司摩爾 EUV 設備。

現存問題與挑戰

目前,佳能奈米壓印設備已交付鎧俠集團與美光科技,用於製造記憶體晶片。

然而,記憶體晶片結構簡單、圖案重複度高,對掩模要求低;而邏輯晶片涉及 CPU、GPU、NPU 等多種電晶體圖案,每層電路均不同,對掩模精度要求極高。

因此,奈米壓印仍面臨挑戰。例如,奈米壓印的機械印章尺寸極小,相當於人類頭髮橫截面,每秒一次的壓印過程中,印章出現微小缺陷即可影響晶片良品率。

此外,與光學微影掩模板可支撐 10 萬片晶圓相比,奈米壓印掩模板壽命更短,需要投入大量資源開發新材料,增加成本與研發時間,成為其在邏輯晶片製造上進展有限的原因之一。

中國企業的奈米壓印布局

在中國市場方面,杭州璞璘是唯一深耕奈米壓印技術的公司,其 PL-SR 系列設備於 2025 年 8 月正式交付客戶。

根據璞璘,其設備是中國首個初步實現 20 奈米以下高階晶片製造的奈米壓印設備,並向市場提供包括模板複製膠、耐蝕性奈米壓印膠等 40 餘種製造材料,形成完整的晶片產業鏈。

儘管如此,佳能在硬體設備上相較於中國仍具明顯優勢。中國企業目前押注傳統光學微影與奈米壓印雙路線並行研發。

總的來說,在無法取得 EUV 設備的情況下,奈米壓印技術可作為一種可行的替代方案。不過,由於其在先進邏輯晶片製造上存在高損耗和低良品率的限制,目前仍難以取代光學微影技術,因此奈米壓印主要可作為輔助或備用路線,而光學微影仍然是主流。

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