做晶片,不用光刻機,用"蓋章",而且已經在量產了

2023 年 10 月,佳能發佈了一台很不像光刻機的光刻機。它沒有 EUV 那套錫滴、雷射、真空腔和蔡司反射鏡,也不靠鏡頭把電路圖案縮小投到晶圓上。它的辦法更直接,把刻好電路圖案的石英模具壓到晶圓表面的樹脂上,再用紫外光固化,揭開模具,圖案就留在了晶圓上。

像蓋章。

這台機器叫 FPA-1200NZ2C,佳能把它歸入奈米壓印光刻。嚴格說,它沒有擺脫所有光,因為樹脂固化還要用紫外光;它擺脫的是傳統投影曝光裡的光源、透鏡和縮小成像。EUV 要先造出 13.5 奈米極紫外光,再用一組反射鏡把圖案轉移過去。奈米壓印繞開了這條路,模具上是什麼尺寸,晶圓上就儘量複製什麼尺寸,中間少了一套昂貴的光學系統。

佳能官方說,FPA-1200NZ2C 可以形成最小 14 奈米線寬圖案,相當於現有 5 奈米節點邏輯晶片製造所需水平。如果繼續改進掩模,未來有望做到 10 奈米線寬,對應 2 奈米節點。DNP 也說,在佳能、Kioxia 和 DNP 的合作開發中,奈米壓印可把曝光環節功耗降到傳統方法約十分之一。對於一台 EUV 機器動輒上億美元、整套工藝耗電驚人的行業來說,這個路線當然有吸引力。

但“能壓出 14 奈米圖案”和“已經大規模製造 5 奈米邏輯晶片”,中間隔著一座生成製造的晶圓廠。佳能 2025 年報的表述:奈米壓印裝置已經向客戶出貨,客戶現場用於量產的評估驗證進展順利。Integrated Report 2025 里還寫到,裝置正在 Kioxia 做量產驗證,也就是佳能的機器已經進了真實客戶場景,尤其是儲存晶片方向。

NIL 最適合先打儲存。3D NAND 的圖案更規則,重複結構多,局部缺陷還有冗餘設計可以兜住。邏輯晶片更麻煩,CPU 和 GPU 的版圖複雜得多,每一層都要和前後幾十層對準,任何顆粒、變形、殘膠、模具磨損,都可能把良率往下拖。Semiconductor Engineering 採訪中,Canon Nanotechnologies 高管說他們在閉環系統已做到 1.8 奈米套刻,混合套刻做到 2.3 奈米,並滿足 3D NAND 需求。這個成績很硬,也說明戰場先從儲存開始。

奈米壓印的難處來自它的優點。模具直接接觸樹脂,所以圖案可以很細,裝置也可以更簡單;接觸本身又帶來顆粒和損傷,晶圓上只要有一粒髒東西,就可能污染模具,下一片晶圓繼續複製這個問題。光刻是隔空投影,髒了也難辦,但奈米壓印是把模具貼上去,缺陷控制要更狠,模具壽命要更長,清潔和檢測要變成生產線的一部分。

我把它看成 ASML 壟斷之外的一條側路,而非馬上替代 EUV 的正面決戰。ASML 的優勢在先進邏輯關鍵層,那裡客戶已經圍繞 EUV 建起工藝、材料、掩模、檢測和良率體系。佳能的機會在另一邊,儲存、部分重複圖案、先進封裝、光學元件,以及那些對成本和功耗特別敏感、對工藝遷移又願意付出時間的場景。它可能先省掉若干層昂貴曝光,再慢慢往更難的層推進。

這條路走了二十多年。佳能從 2004 年開始做 NIL,2014 年收購美國 Molecular Imprints,把技術收入自己體系,2023 年才正式推出半導體量產導向裝置。晶片行業喜歡談最先進節點,但真正能改變成本曲線的技術,往往先在不那麼耀眼的環節站穩腳跟。

奈米壓印的故事還沒有贏,卻已經證明一件事,製造晶片的未來並不只有更短的光。 (小馬如是觀)