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。

撰文：松鼠 编辑：江江&鹤然 封面：焕妍

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