不用光刻机，如何制造5nm芯片？

最近，芯片圈儿又有大新闻了。

佳能搞出了个新的芯片制造设备，不用光刻技术，就能造 5nm 的芯片。

而且说是再优化优化， 2nm 制程也不是啥大问题。

这可先把一众网友们搞懵圈儿了，佳能怎么不好好造相机，跑出来搞造芯片的机器了？

并且一出手就是 5nm 、 2nm 的。

而这，差评君就不得不先帮佳能找补几句了，其实一直以来，佳能在芯片制造设备上都有布局，隔壁的尼康也是一个样。

不过目前光刻机的顶尖技术一直都被 ASML 独占，佳能眼看追不上，于是在研究光刻机的同时，又找了另外一条赛道：纳米压印。

这次新闻的主角，也正是这个 “纳米压印” 技术，反正消息一出，吃瓜群众们的反应是最热烈的。

像是什么 “光刻机即将被取代，纳米压印战未来” “ ASML 这下要慌了，被换赛道超车了 ” 。。。各种讨论看得人一片沸腾，好像光刻机这玩意儿，以后只能在废品回收站里看到了似的。

差评君也去大致了解了一下，却发现事情比想象中的复杂，且有趣。

首先这些年来，光刻机的发展已经逐渐走到一个瓶颈期，芯片制程的进步速度，也肉眼可见得变慢。

没有对比就没有伤害，反观发展至今才二十多年的纳米压印技术，却是一个 “快” 字了得，噌噌几年就快要赶上光刻机的进度了。

对比上个世纪五十年代起步的光刻技术，速度直接翻了一倍多。

并且，新的纳米压印技术和光刻机相比，不但成本也降了，甚至制造工艺也贼简单，更适合大规模生产。

这么说吧，用光刻技术造芯片，总成本要是十块，光刻技术就得花三块，时间成本也占到总成本的一半。

对比之下，用纳米压印技术可以省掉将近三成的成本，要是晶圆吞吐量再提升一点，直接就能节省一大半的成本。

更重要的是，纳米压印技术的工艺非常简单，跟盖章一样，像下图这种印章各位差友们应该都见过或者玩过吧。

纳米压印的原理呢，和它差不多，只不过是迷你微缩版。

制造的过程统共就分两步，一步造 “印章” ，一步 “ 盖章 ” 。

先在刻好电路的底板上喷涂印章所需的材料，等凝固后就是纳米压印的印章。

然后再在晶片上喷涂一层纳米压印胶，直接盖章、等待凝固、脱模就 OK 了。

在造印章、盖章的过程中，都不用替换工具，一个 “喷头” 就能搞定，期间只需要更换里面的材料。

而隔壁需要折来折去的 EUV 光刻技术，不仅要一个庞大的透镜阵列来控制光线，并且要产生这个波长极短的极紫外光，还得大功率支撑着。

这样对比之下，纳米压印技术简直是集能耗小、工艺简单、设备轻便等优点于一身，不少人都认为这会是最有可能替代 EUV 光刻的技术。

而且如今，纳米压印技术也已经发展出了不少分支，光是压印方式就有三种：热压印、紫外压印和微接触压印，其中紫外压印常用在芯片制造中，在紫外光的照射下，压印胶很容易凝固脱模。

根据固化方式、压印面积等分类也衍生出了很多不同的工艺。

这些工艺，除了造芯片之外，还能用在 LED 、 OLED 、 AR 设备中。

可以说，在纳米压印这块儿，已经有百花齐放，步入快车道的迹象了。

另外，整个芯片制造行业，对纳米压印技术的关注也不少。

从 2004 年开始，上面我们提到的佳能，就开始悄悄研究起了纳米压印。2014 年它收购了美国的一家纳米压印公司 Molecular Imprints（ 分子压模 ），正式宣布进入纳米压印市场。

后来，它还和东芝（ 现在的铠侠 ）合作，准备用纳米压印技术造 3D NAND 闪存，三星在买 EUV 设备的同时，也还在着手进行纳米压印技术的研发。

就连 SK 海力士也从佳能那边买了纳米压印设备，准备搞 3D NAND 闪存生产测试，并计划在 2025 年实现大规模量产。

如果能顺利实现商业化的话， 200 层以上的 3D NAND 闪存生产效率会大大提高。

到时候，用纳米压印技术造 DRAM 、 CPU 等芯片自然也就不远了。

在国内，纳米压印的市场也是发展得火热，不少高校像复旦、北大等都有相关的研究。前几天佳能官宣自家的纳米压印设备之后，还顺带拉动了国内相关概念股，汇创达盘中一度涨超 14% 。

国内的一些上市企业，比如美凯迪、奥比中光、腾景科技等也都在纳米压印相关行业有所布局，并且还在继续搞相关技术的研发。

前期，市场火热最直观的体现就是在专利上，目前国内在纳米压印技术相关专利总数上排名第二，占比全球总数的 16% 。

所以说纳米压印技术，妥妥是目前的当红辣子鸡。

不过在差评君心里还有个疑团，纳米压印技术这么简单，一句话就能解释清楚原理，为啥这么晚才被研究，不应该早就应用了吗？

于是我又回过头仔细研究了下纳米压印的工艺流程，发现纳米压印这技术，在一开始就卡了个大 BUG 。

而这 BUG ，也算是解答了差评君的疑问，那就是：光刻机到底会不会被取代、被淘汰？

还拿盖印章的例子来说，用这种方法做芯片，第一步首先得做印章吧，但纳米压印做那个 “印章” 的模具是 1 ：1 的。

但要怎么 “挖出” 印章里这种纳米级的沟道？

（ 温馨提示：当初就是因为挖不出纳米级的沟道才搞出的光刻机，用 5 ：1 甚至 10 ：1 放大后的电路板光刻。 ）

所以能供纳米压印选择的要么是光刻，要么就是实验室里的电子束曝光以及聚焦离子束。

emmm 合着这一圈儿又回到起点了。。。

不过好在那个做印章的 “模具” 可以重复使用，不用大量生产，也算是另一种方式的节省成本，不然真就是脱裤子放屁。

当然，除了这个大 BUG 外，纳米压印还有不少的技术难题等着解决。

平时我们自己玩印章的时候都避免不了印的不均匀，或者缺边少角的。

而在纳米尺度下的纳米压印技术，这些情况就更不能避免了，像下面这些两边高度不一、印章变形、没有完全契合的现象都是很常见的残次品。

要避免这些残次品的出现，就得在技术上下功夫。

首先就是喷涂过程，也就是在晶片上喷涂纳米压印胶，在这个过程中，喷涂的厚度、均匀度等都有着严格的要求，并且还不能有气泡、灰尘进入，一旦进入直接就报废了。。。

解决办法目前都是在压印过程下功夫，局部加热不均匀的部分，好让印章和印胶严密贴合。

还有就是脱模过程，为了能让压印胶更好的脱模，业内一般都会在胶上面搞上一层纳米级别的抗粘性材料。

这虽然好脱模了，但这种抗粘性材料还会和模具发生摩擦啥的，模具的寿命也会因此缩短。

另外还有压印胶材料、模具材料的选择，模具定位及套刻精度，精确控制等等一系列问题。

这些零碎的技术难题，体现到产品上就是良率的问题。

所以，要实现纳米压印芯片量产就绕不开这些问题，而要解决这些问题，大量的研发以及试错成本少不了，这一切，都需要时间来支撑。

最后，再回到开头说的纳米压印能不能取代光刻机的问题上。

相信看到这里的朋友们心里应该都有答案了：肯定不会，毕竟纳米压印在第一步就绕不开光刻技术。

更重要的是，差评君觉得，这两种技术之间的关系并不是非此即彼，与其说纳米压印会取代光刻机，不如说纳米压印是光刻技术的延伸。

就像二十世纪通用机床一样，一开始它们只生产产品，后来转向生产专用工具，专用工具再生产产品，不仅扩大了产能，还降低了成本。

或许未来有一天，光刻机也会迎来这样的角色转变，到时候，说不定芯片制造业，已经完成了新一轮的革新。

来源：差评