臨近年關，最近關於中國國產光刻機即將突破28nm的消息又開始甚囂塵上，好像去年也是如此。這反映的是大家期待國產光刻機盡快突破的殷切期望，但目前確實沒有任何確切的證據表明唯一的國產光刻機整機廠商——上海微電子即將推出28nm光刻機。

與其期待光刻機突破，不如看看目前有哪些技術可以取代光刻技術的。我們知道半導體製程的發展從上個世紀60年開始就基本上遵循「摩爾定律」的路徑，現在國際主流晶片大廠如高通、蘋果、聯發科、英偉達等都已經邁進了3nm製程，2024年將會大規模商用。3nm應用詳細可見飆叔小文：2024年3nm晶片將成主流，國產晶片差距越拉越大？

但接下來半導體製程繼續發展，是不是很快就達到了物理極限了？摩爾定律是否會失效呢？這些都是整個半導體產業不可迴避的問題了。

而要回答這個問題，繼續依賴現有工藝和路徑可能很快就會碰到天花板了。那就唯有換一條賽道了。

根據國際電氣電子工程師學會（IEEE）發布的國際裝置與系統路線圖（IRDS）明確將：定向自組裝（DSA）和奈米壓印（NIL）列為下一代光刻技術的主要替代的候選方案；當然EUV光刻技術也在齊頭並進研究發展。

今天，我們就一起了解定向自組裝（DSA）技術和奈米壓印（NIL）技術。

一、什麼是定向自組裝（DSA）

定向自組裝：是一種利用材料本身的分子排列規律，誘導光刻材料在矽片上自發組成需要的圖案的方法，它比傳統光刻分辨率更高，加工速度也不受影響，但它對材料控制的要求特別高。

嚴格來說，DSA技術並不是新技術。早在十年前，當半導體產業正在努力發展EUV光刻技術時，DSA技術幾乎成為了每個決心跨越193nm(光源)光刻機限制的製造商的前沿技術路線。

然而，與半導體產業的許多新技術一樣，DSA解決重大產業挑戰的潛力所帶來的希望和興奮很快就遇到了越來越難以克服的挑戰——缺陷控制、可擴展性和整合到現有工作流程的複雜性阻礙了進展。隨後，DSA被大多數公司擱置，尤其是隨著EUV技術逐步應用於生產。

而現在，隨著晶片製程來到7nm，5nm，3nm，以及DSA 材料和加工的最新發展，DSA技術再度被看好。

二、華裔科學家定向自組裝（DSA）技術的突破

在2021年SPIE先進光刻大會上，全球領先的奈米電子和數位技術研究和創新中心IMEC首次展示了定向自組裝(DSA)到間距小至18nm的模式線/空間的能力，使用嵌段共聚物(BCP)為基礎的製程在高批量生產(HVM)條件下實現。

但這項技術仍在發展中，半導體產業雖然在光刻方面擁有豐富的經驗，但要使用定向自組裝（DSA）技術需要轉變思維方式。嵌段共聚物（BCP）材料和製程是具有革命性的，而不是進化性的，這不是產業所習慣的，可能會面臨阻力。

在這方面，默克公司是化學行業的專家。據悉，默克在自組裝技術方面的進步，已能使客戶開始規劃大量製造產能。默克正在開發極其純淨的大批量合成能力來滿足客戶對性能和品質目標的追求。

「這項革命性技術有望徹底改變半導體製造工藝，並將加快下一代構圖應用的引入。」默克半導體解決方案全球負責人Anand Nambiar表示。默克認為，定向自組裝可以在未來幾年內成為半導體產業的先進製造流程。

同時，比利時微電子研究中心、麻省理工學院等機構都建立了自組裝產線，研究它的具體製程。

基於DSA技術，麻省理工學院（MIT）華裔科學家朱家迪領軍的原子級電晶體研究於今年4月取得突破，該計畫採用氣象沉澱逐層堆疊製程生產，不再需要使用光刻機，即可生產出一奈米甚至以下製程的晶片。這將使計算機的尺寸縮小到只有目前的千分之一大小，且耗電量也只有目前的千分之一。

新技術還能夠顯著減少生長這些材料所需的時間。以前的方法需要超過一天的時間來製造晶片用的單層二維材料，而新方法可以在不到一小時的時間內在整個8 英寸晶圓上“生長”出均勻的金屬二硫化物(TMD)材料層。

如若這項新技術正式落地，可以大幅降低當下晶片的成本，進而降低整個硬體市場的價格。

三、奈米壓印技術（NIL）

對於奈米壓印技術，相信經常讀飆叔文章的都不會陌生，之前飆叔已經有連續3篇文章進行詳細介紹了。具體如下：

深度分析！「奈米壓印」能否取代傳統光刻機，實現彎道超車？

佳能奈米壓印機價格是EUV光刻機的十分之一，可供應中國嗎？可替代光​​刻機嗎？

EUV光刻機不香了！佳能掀桌！正式推出5奈米晶片壓印機，國產公司緊追在後！

目前最新的進展就是2023年10月，佳能的奈米壓印光刻技術可實現最小線寬14nm的圖案化，相當於生產目前最先進的邏輯半導體所需的5nm節點。此外，隨著光罩技術的進一步改進，奈米壓印光刻有望實現最小線寬為10nm的電路圖案，相當於2nm節點。

日本鎧俠公司已經將NIL技術應用到了15nmNAND快閃記憶體上，並有望在2025年推出採用NIL技術的5nm晶片。韓國的SK海力​​士從佳能引進了奈米壓印設備，計劃在2025年前後，開始量產3DNAND閃存，並在測試結果很好。

目前，摩爾定律物理極限即將到來，雖然目前晶片3nm製程已經量產，並大規模使用；而且各大晶片大廠也都在向2nm和1nm製程進發，但突破1nm後，面臨製造成本高昂和物理極限的限制，具體解決方案仍有待深入探索。

但僅墨守光刻技術顯然風險太高了，而上述兩種替代光刻技術隨著材料的更新，技術的進步已經看到替代光刻技術的希望，甚至進行彎道超車的曙光。這個過程將為半導體產業提供新的發展機遇，推動技術的持續演進與升級。（飆叔科技洞察）