取代光刻機!又一晶片製造新技術誕生,可量產5nm晶片?

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晶片製造一直遵循傳統的生產方式,採用光刻機造出一顆顆精密的晶片。唯一的區別就是光刻機波長和製程的變化。從第一代g-line光源開始,到目前最先進的EUV裝置,波長已經壓縮到13.5nm。

不管如何變化,使用光刻機造晶片已經是司空見慣了。但日本企業似乎研製出新的技術,或要採用該技術實現逆襲。這是什麼技術呢?能否量產5nm晶片?

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晶片製造新技術

世界各國都開始加快晶片製造產業的步伐,從微米到奈米,從90奈米到現在的5奈米制程時代。而且晶片製造商還在突破,晶片巨頭聯發科已經發布了4nm天璣9000晶片,未來恐怕還將取得更大的突破。

這一切的突破其實都離不開光刻機,只有通過光刻機的曝光,才能將設計好的晶片電路圖刻制在晶圓上,從而分割成一塊塊晶片。

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因此光刻機成為了晶片製造不可或缺的裝置,但光刻機的劣勢也很明顯。裝置過於笨重,一臺EUV光刻機重達180噸,由10萬個零部件組成,生產難度非常高。還有耗電量也是十分驚人的,一臺EUV光刻機一天就能耗電3萬度。

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未來發展的是清潔能源,很明顯,EUV光刻機雖然十分先進,但並不環保。最重要的是,摩爾定律已經接近極限,如果EUV光刻機無法突破更先進的技術,晶片製造產業該如何發展?

在這樣的情況下,日本企業出手了,又一晶片製造新技術誕生,怎麼回事呢?

據日媒介紹,日本要用“奈米壓印”技術實現逆襲,鎧俠、佳能、大日本印刷最早會在2025年將這一技術實現實用化。

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這項技術也就是奈米壓印,從字面意思來看,是通過奈米級別的技術,對相關晶片線路圖以壓印的方式實現晶片線路圖曝光。原理就好比用一枚印章在紙張上印字。

原理看似簡單,但實現起來估計也不是那麼容易的。

大致情況是先準備壓印裝置,然後通過紫外線照射的方式,把掩膜上的晶片線路壓印至光刻膠。經過光刻膠的塗抹和襯底作用,最終將完整的晶片線路圖弄到矽基晶圓中,再把晶圓切割成晶片。整個的奈米壓印技術基本上就是如此。

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說起來簡單,但做起來卻不是一時半會能夠完成的。日企提出了這項技術,並計劃在2025年實現,很大程度說明日本半導體打算重振晶片製造產業鏈。

日媒還提到,世界各國半導體廠商也在關注奈米壓印,但由於日企掌握相關裝置和原材料,因此暫時走在前頭,一旦實現實用化,也是世界首次。

理論上而言,奈米壓印技術確實有望實現晶片製造,如果到時候相關裝置生產成功,取代光刻機也未必不可能。

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奈米壓印技術的優勢

晶片製造發展了幾十年,人類從研發出微電子處理器以來,也有半個世紀的歷史了。自從日本佳能,尼康以及ASML掌握光刻機制造技術後,全球半導體行業就沒有使用光刻機以外的裝置曝光晶片。在晶片的曝光環節,必須用上光刻機,這已經成為行業的共識。

然而日本提出了奈米壓印技術,或許提供了新的方向。雖然不知道最終能否成功,但如果不去嘗試,永遠都不知道。

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科技之所以能夠發展,就是在不斷探索中前行。行業共識可以打破,晶片既然是人造的,又有誰規定必須使用一種技術造晶片。因此奈米壓印的誕生將創造無限可能,其帶來的優勢也很明顯。

第一:奈米壓印可以降低成本和節省能源消耗。

傳統的光刻機由於其生產步驟封鎖,工序繁多,操作起來也十分不易。一臺EUV光刻機價值高達1.2億美元,且對電力,水資源和工廠佔地面積都有很大的要求。但奈米壓印可以更好地降低成本,降幅大約可達40%,耗電量降低90%。

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第二:晶片生產效率提高,可推半導體產業鏈的進一步發展。

奈米壓印技術裝置可以更好地實現大規模量產,待技術成熟之後,年出貨量肯定比EUV光刻機高。這可以大大提升晶片生產效率,並推進半導體產業鏈的進一步發展。相關的供應商能獲得更多的產業機會。

由此可見,日企的奈米壓印技術確實存在一定的行業市場空間。支援15nm製程的晶片壓印,未來還會進行更高的工藝推進。

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這讓人產生一個問題,如果要達到EUV光刻機的層次,就得生產出相應制程的晶片。那麼奈米壓印技術能否支援5nm晶片量產呢?

在相同原理的情況下,充分執行更細微的奈米壓印技術,或許也能在高階晶片中取得一定的突破。當然,這只是理論上的驗證,實際情況如何,能不能量產5nm,有怎樣的產業未來等等一系列的問題,都需要時間觀察。

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總結

晶片發展到5nm,4nm甚至是3nm,再往下發展,晶片製造產業還會有無限的未來和可能性嗎?誰也不知道答案。但如果換一條路出發,用全新的晶片製造方式開闢未來,也許值得一試。

你認為奈米壓印技術是否可行呢?

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