在當(dāng)今世界半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中,極紫外光刻(EUV)技術(shù)是制造最先進(jìn)芯片(如2 nm、3 nm制程)的核心裝備。然而,這項(xiàng)技術(shù)長(zhǎng)久以來(lái)被荷蘭ASML壟斷,美國(guó)與歐洲持續(xù)通過(guò)出口管制限制中國(guó)獲取先進(jìn)光刻機(jī),使得中國(guó)在高端制程上遭遇重重阻力。最新日媒與產(chǎn)業(yè)分析指出:若中國(guó)在EUV設(shè)備上長(zhǎng)期受制于人,與日本企業(yè)合作、采用佳能納米壓印技術(shù)(NIL)或許是中國(guó)突破封鎖的一條“務(wù)實(shí)且可操作”的路徑。
全球最先進(jìn)的芯片制造離不開(kāi)EUV光刻機(jī),這種設(shè)備能夠?qū)O其微小的電路圖案刻畫(huà)在硅片上,是實(shí)現(xiàn)7 nm、5 nm甚至更先進(jìn)制程的必備裝備。目前全球唯一能產(chǎn)出量產(chǎn)級(jí)EUV設(shè)備的公司是荷蘭的ASML,而其設(shè)備售價(jià)極高、制造極其復(fù)雜。受美國(guó)主導(dǎo)的技術(shù)出口管制影響,ASML已被限制向中國(guó)出售最新的EUV光刻機(jī)與相關(guān)核心組件,這直接阻礙了中國(guó)企業(yè)獲取頂尖光刻裝備的渠道。
有國(guó)外報(bào)道指出,即便中國(guó)擁有光刻機(jī)設(shè)計(jì)圖,也要經(jīng)歷長(zhǎng)期的技術(shù)積累才能自主制造EUV光刻機(jī),否則在高端芯片領(lǐng)域?qū)⒙浜?0年以上。
EUV技術(shù)的難點(diǎn)遠(yuǎn)不止光源系統(tǒng)本身,而是包括:高精度光源與光學(xué)系統(tǒng)制造:需要極高的鏡面拋光與光學(xué)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)。極端真空與超精密控制:設(shè)備內(nèi)部必須維持極其穩(wěn)定環(huán)境。核心材料與光阻配套:包括先進(jìn)光阻材料等關(guān)鍵供應(yīng)鏈目前仍受制于全球供應(yīng)商。
中國(guó)固然在納米級(jí)設(shè)備、光刻機(jī)制造等領(lǐng)域取得顯著進(jìn)展,并在DUV(深紫外)等傳統(tǒng)光刻機(jī)上取得商業(yè)級(jí)成果,甚至已有國(guó)產(chǎn)DUV可用于制造8 nm晶片等進(jìn)展。但在EUV領(lǐng)域仍面臨技術(shù)壁壘與時(shí)間差。
面對(duì)EUV技術(shù)的封鎖,日本企業(yè)并未放棄在光刻領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)探索,而是投資發(fā)展與傳統(tǒng)光刻完全不同的替代路線——納米壓印光刻(NIL)技術(shù)。
什么是納米壓印?納米壓印光刻并不使用傳統(tǒng)的光源照射成像,而是通過(guò)“機(jī)械壓印”的方式,將已雕刻好的模板直接壓印到晶圓表面的光刻膠上,再經(jīng)過(guò)蝕刻和加工實(shí)現(xiàn)電路圖案的復(fù)制。其核心特點(diǎn)是:理論上可以達(dá)到與EUV同等甚至更細(xì)的圖形分辨率。 成本較EUV光刻機(jī)低很多,設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。不受傳統(tǒng)光學(xué)光刻技術(shù)的根本限制。
日本佳能公司是納米壓印技術(shù)商業(yè)化探索的核心參與者之一。該公司推出的NIL設(shè)備能支持14 nm甚至更先進(jìn)的線寬級(jí)別,據(jù)報(bào)道已用于部分閃存制造,并與日本本土存儲(chǔ)芯片廠合作。
與ASML的EUV機(jī)器不同,這種設(shè)備不屬于現(xiàn)階段美國(guó)出口管制的核心控制對(duì)象,因此具有相對(duì)較寬松的出口政策空間。這意味著:面對(duì)EUV設(shè)備禁運(yùn),中國(guó)企業(yè)與日本企業(yè)合作引入納米壓印設(shè)備,或許可以繞開(kāi)部分技術(shù)封鎖。對(duì)于無(wú)法直接獲取EUV設(shè)備的中國(guó)制造業(yè),這種替代路線具有現(xiàn)實(shí)意義。
納米壓印的優(yōu)勢(shì)與局限:能否真的“突圍”??jī)?yōu)勢(shì):成本低、設(shè)備規(guī)模較小;理論分辨率高、適合特定芯片制造;出口限制相對(duì)寬松。局限和現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn):模板壽命短、良品率難以保證;多層電路圖案對(duì)齊精度要求極高;制造邏輯芯片的效率和產(chǎn)量仍不如光學(xué)光刻機(jī);NIL目前更適合存儲(chǔ)芯片等結(jié)構(gòu)重復(fù)性高的產(chǎn)品,而不是復(fù)雜邏輯芯片的主流制造路線。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),納米壓印是一個(gè)“不錯(cuò)的備份方案”,但要完全取代EUV技術(shù),還需要大量產(chǎn)業(yè)配套創(chuàng)新與系統(tǒng)性提升。
值得注意的是,中國(guó)在光刻及相關(guān)技術(shù)路線上的布局并不僅限于納米壓印:國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始量產(chǎn)線寬低于10 nm的納米壓印設(shè)備并交付使用。中國(guó)團(tuán)隊(duì)還在探索電子束光刻等其他創(chuàng)新光刻路徑。政府和產(chǎn)業(yè)界繼續(xù)加強(qiáng)本土光刻機(jī)、材料與配套產(chǎn)業(yè)研發(fā)。
因此,與日本合作引進(jìn)NIL設(shè)備,并不是中國(guó)半導(dǎo)體的唯一一條路,但在短期內(nèi),它確實(shí)是一條“現(xiàn)實(shí)可行、有利于快速應(yīng)用的選項(xiàng)”。
日媒與行業(yè)分析給出了這樣一種觀點(diǎn):如果中國(guó)在EUV設(shè)備領(lǐng)域遲遲無(wú)法突破,而全球科技競(jìng)爭(zhēng)又日益加劇,那么與日本企業(yè)合作——通過(guò)引進(jìn)納米壓印技術(shù)作為一種補(bǔ)充路徑——或許是當(dāng)前唯一能夠在高端芯片制造上快速實(shí)現(xiàn)突破的現(xiàn)實(shí)機(jī)會(huì)之一。
但從更長(zhǎng)遠(yuǎn)看,中國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)要走自己的路,還需要在EUV、自主光刻機(jī)、材料與配套生態(tài)鏈上持續(xù)投入與創(chuàng)新,讓被卡脖子的局面不再重復(fù)。
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