「佳能牌」光刻機，值得期待嗎？

又是一次炒作？

上周五，佳能公司發布新聞稿稱，將正式開始銷售芯片生產設備 FPA-1200NZ2C，這種光刻設備采用了納米壓印技術（Nano-imprint Lithography，NIL），能夠規模制造5nm芯片。

圖 | 佳能FPA-1200NZ2C

注意看關鍵詞——可以制造5nm芯片的光刻機。

消息一出，不少人號稱這種光刻機已經達到了EUV光刻機的水平，甚至將顛覆行業巨頭ASML！

論實力，佳能也曾是光刻機領域頭部玩家之一，搞點黑科技也并不奇怪，那么NIL技術真的可以媲美EUV光刻嗎？

押注NIL工藝，一次無奈選擇

在介紹NIL技術前，讓我們先回顧一下AMSL的成長史。

之所以AMSL能默默無聞的小公司成長為光刻機領域的霸主，首先是押注了浸沒式光刻技術，成功彎道超車打敗了當時最流行的干式光刻技術。其次，ASML得到了來自臺積電、IBM等科技巨頭的資金、技術相助，最終才能量產出極度復雜的光刻機。

而整個ASML發展史的背后，存在一條“美日半導體競爭”的暗線。

在加入了由美國政府牽頭的EUV LLC聯盟后，ASML成功取代尼康，成為唯一一家參與研發EUV技術的外國成員。在此之后，尼康和佳能徹底與高端光刻機市場無緣。

不過，并不是所有半導體制造都需要高端的EUV設備。同時，由于EUV設備價格昂貴、生產難度高，付完款還等著排隊發貨，因此業內都希望能有ASML光刻機的“平替品”。

在這種情況下，佳能和尼康的光刻機走到了臺前。

雖然兩者目前只能在低端市場出貨，但在多年苦心努力經營下，兩者如今還是研究出繞開EUV光刻機的方法。其中，尼康目前在浸入式光刻機領域推出分辨率不錯的產品，而佳能更是直接押注了NIL工藝，用物理方法代替光刻技術。

所謂NIL，就是在模板上設計并制造好電子回路圖案，通過像蓋章一樣的壓印技術，轉移到涂有刻膠的硅基板上，再通過刻膠固化使模板脫落，從而完成整個完整的電路回路。

圖源 | 果殼硬科技

用蓋章來比喻，印章就是模板，而橡皮泥就是硅基板，只要設計好印章，自然能得到想要的圖案。

1995年，華裔科學家周郁教授首次提出納米壓印概念，從此揭開了NIL技術的研究序幕。

經過20多年的發展，NIL在晶圓級光學系統的制作中得到了廣泛應用。

到了2014年，佳能收購了一家名為MII的美國納米壓印基礎技術研發公司，從而開始了十多年的研究之路。

從介紹來看，NIL技術完全依賴物理特性，基于機械復制，不受光衍射現象的限制。因此只要能設計出電路圖案，完全可以實現低于5nm的分辨率。

據佳能介紹，佳能NIL技術已經可以實現最小實際線寬14nm的電路圖案，類比我們熟知的5nm工藝，而隨著技術進一步改進，最小有望實現10nm的電路圖案，也就是2nm工藝。

因此目前搭載最新NIL技術的FPA-1200NZ2C，自然成了外界口中媲美ASML的“5nm光刻機”。

事實上，佳能的NIL光刻機已經得到了下游客戶的驗證，包括日系存儲公司鎧俠在內，已經將NIL技術運用在15nm NAND閃存器上，并計劃在2025年推出應用NIL技術的5nm芯片。

圖 | NIL技術

而NIL光刻機另一個優點，就是省去復雜的照明系統，因此功耗非常低，對比DUV、EUV光刻機，有非常明顯的價格優勢。

這么看，佳能似乎真的有機會打破ASML在5nm高端芯片的壟斷了嗎？

NIL光刻機要火，再等等吧

作為EUV光刻機的替代方案，佳能NIL技術似乎是個不錯的思路。

但若是拋開市場談論產品，自然是欠缺考慮的。

在半導體制造中，5nm工藝定義為繼7nm節點之后的MOSFET技術節點。自2019年起由臺積電和三星電子開始有限風險生產后，在2020年左右開始批量生產。

如今三年時間過去，4nm、3nm已經替代5nm成為業內最先進的制程工藝，但作為先進制程之一，5nm工藝仍然是汽車芯片、高性能計算芯片、芯片等細分領域的主流工藝，而5nm工藝的手機SoC同樣持續出貨中，這就需要芯片生產廠商能保證產能問題。

但從佳能給出的數據來看，每臺FPA-1200NZ每小時能生產124片晶圓。作為對比，一臺ASML的光刻機每小時大約能處理275塊晶圓，最頂配的DUV光刻機甚至能達到每小時300+片的產能。

對于光刻機這種稀有貨而言，客戶自然希望出貨量越多，然而佳能的光刻機目前還難以達到ASML的水平。

當然為了提高產能，佳能也嘗試通過同時壓印多個區域的方法提高晶圓產量。但這種做法會犧牲一定的精確性和質量。然而NIL技術本身就對壓印的成像精度有極高的要求，稍有偏差就會影響整塊晶圓。

因此對于主流芯片來說，采用NIL技術還是存在一定的風險。

有專業人士指出，NIL技術可能更適應于NAND這種3D堆疊的閃存芯片，不一定適用于所有芯片。而目前來看，對佳能NIL光刻機更加適合對工藝要求稍低的半導體產品。

圖 | NIL技術可應用領域

而除了產能偏低以外，客戶在購買NIL光刻機后還要考慮與之相關的設備和材料等問題，在真正形成規模前，這些細節都是無法忽視的問題。

總之，NIL光刻機是目前EUV光刻機很好的替代方案，但離完全替代還差得很遠。

光刻機市場會發生變化嗎？

雖然NIL光刻機還替代不了EUV光刻機，但對于ASML也算是一種沖擊。

從市場規模來看，高端光刻機份額一直都被ASML獨占，尼康出貨少部分ArF dry光刻機，而佳能則完全集中在低端半導體市場，其中，中國市場又貢獻了絕大多數訂單。

在推出5nm光刻機后，佳能也隨之進入先進制程領域，勢必是瞄準了ASML獨享的這塊蛋糕。但從出貨量來看，ASML已經占據近80%的份額，并且早早開始了2nm工藝的布局。

另一方面，在復雜從國際形勢下，NIL光刻機能否進入中國市場還是一個未知數。

如果佳能不能與合作伙伴拿出現象級產品，ASML的壟斷還會持續下去。

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