>说起芯片,如今大部分网友也都能发表出属于自己的见解。为什么芯片的知名度如此之高?因为包括电脑、手机在内的日常消费电子产品全部都离不开小小的芯片。普通消费者在选择手机等科技产品时,第一个关注的焦点同样也是芯片的好坏,这也使得芯片的重要性逐步深入人心。

但是越尝试去了解芯片,就越会发现关于芯片产业形势的严峻。虽然在28nm及以上的成熟制程取得了突破,但是在14nm及更先进制程上,国内芯片产业依然处于落后的位置,而导致这个局面产生的重要因素就是光刻机。

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全球光刻机市场份额

其实早期的光刻机算不上是高端技术,利用照相复制和化学腐蚀相结合的技术,晶圆作为衬底,在晶圆上涂一层均匀的光刻胶并适当加热,再将设计和加工好的线路图作为掩膜版放置在晶圆上方,光在透过掩膜版射向光刻胶后再通过显影、刻蚀等一系列操作,就可以将掩膜版上的图形刻蚀到被加工的存底上,以上即为光刻的原理。由于和镜头等摄影技术高度重合,早期的光刻机巨头尼康和佳能同时也是光学影像巨头,两者也曾经一度拿下超过全球光刻机市场80%以上的市场份额。

佳能光刻机

但是随着技术的发展,特别是光刻精度进入纳米级别之后,仅凭一家企业已经很难驾驭光刻机继续发展的脚步。同时美国建立起包括伦斯利弗莫尔国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室和桑迪亚国家实验室三大顶级国家实验室以及英特尔、摩托罗拉、IBM等科技巨头在内的组织EUV LLC来进行光刻机领域方面的研究,也为后来EUV光刻机奠定了技术基础。

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昔日全球半导体市场格局

而无论是尼康和佳能两者依然坚持以往的全部件自主掌控的理念,以往日系半导体厂商强势时曾经占据了全球半导体产业前十名中的六席,半导体产业链的强大也让尼康和佳能的光刻机战略得到了充分的发展。

但是由于日系半导体企业过于强大终于引起了美方的忌惮,伴随着《美日半导体协定》等打击日系半导体产业的措施出炉,曾经在全球半导体前十名中占据六席的日系半导体厂商逐渐衰退,这也使得尼康和佳能失去了核心的用户。

更为雪上加霜的则是EUV LLC联盟接纳了ASML成为正式成员但将尼康和佳能排除在外,这也使得ASML成为全球唯一能够生产EUV光刻机的企业。从此开始尼康和佳能走入了衰退轨迹,以往高达80%的市场份额也被ASML掠取殆尽。

NIL技术相关介绍

但是在逆境之中尼康并没有放弃光刻机的研发,既然EUV路线走不通,那么就绕道而行——在联合了恺侠(原东芝半导体)之后,佳能和尼康推出了另外一套可以和EUV光刻机分庭抗礼的技术:NIL(纳米压印光刻)。

光刻机最为核心的技术是光源,而EUV光源的绝大部分专利和技术都被EUV LLC联盟所掌握,想要继续从这一条路线进行突破所需要的资金和时间也十分巨大,更为重要的则是一旦选择这条路线那么就将永远处于追赶者的位置,这对于佳能和尼康来说也是十分不利的。

NIL技术相关介绍

光刻机的核心作用就是将电子电路通过特殊的光线雕刻在晶圆上,既然这一条路行不通,那么选择其他方法来完成这一雕刻过程可不可行呢?这也就诞生了NIL(纳米压印光刻)技术。通过将电路图案预先刻印,然后将这一刻印好的图案压印在晶圆上,进而完成电路的构造。

这一方式节省了光源以及镜头,同时由于采用机械复制的方式,也避免了光学衍射的影响,理论上可以实现比光刻更高的分辨率,同时成本也将比光刻机低很多。恺侠目前已经将NIL技术应用在15nm NAND闪存的制造上,相比EUV光刻机可以降低90%的能耗的同时还可以得到更高的转化率,而且研发成本比EUV降低了60%。

佳能也决定在栃木县宇都宫市新建半导体设备工厂,并投资超过500亿日元扩建半导体设备工厂,这也是佳能时隔21年来首次扩产半导体光刻机设备。预计在2025年将推出基于NIL技术的5nm芯片。

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NIL技术和光刻机技术的对比

NIL技术的出现对于包括华为在内的国产芯片企业来说也是一个好消息。EUV光刻机由于EUV LLC联盟的存在,想要从ASML处购买的道路基本上已经断绝。国内对于传统光刻机的研究虽然有所进展,但是28nm依然没有攻克,距离更先进的EUV光刻机更是遥遥无期。

华为

NIL技术的出现以及基于其完成15nm NAND闪存芯片的量产已经证明了这是一条可行的道路,同时佳能/尼康本身就和ASML存在矛盾,这也是我们可以引进NIL技术的基础。最后从成本考虑,不需要光源、镜头、光掩模、光刻胶的NIL技术相比传统光刻机技术在难度上有明显的降低,虽然依旧存在精度偏差过大、干扰过大等问题,但其也确实展现出了相对于传统光刻机的优势。

国产芯片企业可以一方面继续攻克EUV光刻机,同时也对NIL技术进行布局,无论哪一个方向取得突破,对于国产芯片来说都是重大的进步。在东芝逐渐放弃EUV光刻机之后,还会有其他企业跟进吗?欢迎留言讨论。