佳能推納米壓印機 向半導體業投下重磅炸彈

【明報專訊】10月13日，日本佳能集團（Canon）宣布，推出已研發和測試多時、採用嶄新「納米壓印」技術的半導體製造設備FPA-1200NZ2C。由於該設備乃用於進行半導體製造過程當中最重要的「微影」（電路圖轉移）（Lithography）工序，但卻號稱設備成本、運作成本和時間都比傳統的光刻機低得多，消息公布後，猶如向市場投下一枚重磅炸彈。荷蘭光刻機巨頭ASML的股價即日應聲下挫17.01美元，跌幅約2.76%，收市報599.75美元。

已研究近10年

原計劃2025年實用化

據悉，佳能是在2014年收購了納米壓印技術的先驅Molecular Imprints Inc.，之後再花了接近10年時間研究該技術。早由2017年開始，佳能就與日本記憶體生產商「鎧俠」（Kioxia），以及光罩等半導體製造配件生產商大日本印刷株式會社（DNP）合作，在日本三重縣四日市的鎧俠工廠內測試以納米壓印技術製造晶片。

2021年11月中，鎧俠的製程技術開發第二部的部長河野拓也就表示：「技術的基本課題已解決，已開始討論以量產為前提的運用方法。」

當時，佳能、鎧俠和大日本印刷向《日本經濟新聞》透露，最早將會在2025年令「納米壓印」技術實用化。但隨着佳能上周五的宣布，看來「納米壓印」技術實用化的時間表已提早了至少一年多。由於光刻機市場過去10多年都被ASML雄霸，佳能已有大約20年沒有興建新工廠來生產光刻機。但現時，佳能正在東京北部的宇都宮興建一間全新的工廠來生產納米壓印機，預計將於2025年投產。

半導體製造過程當中最重要和最關鍵的工序，是將晶片的電路設計圖轉移到晶圓（wafer）上，稱為「微影」（Lithography）。可以說，這個工序的精密度，決定了晶片的設計性能。過去數十年，這個工序一直是使用光刻機來進行。一部精密的光刻機需要經過20多面鏡片的折射，將紫外光從光源一路引導，最後到達塗在晶圓表面的光刻膠（Photoresist）時，大約只剩下不到2%的光線。這樣才能將光罩（掩膜版）上的電路圖按比例縮小（通常是縮小至四分之一），映射到矽晶圓上。可以想像，這個過程相當耗時，亦必須非常精確，那些紫外光光線和鏡片的生產和控制都必須精密，難度極高。

而佳能的納米壓印機雖然也是用來進行「微影」工序，但其技術原理和運作方式卻與過去幾十年一直沿用的光刻機截然不同，被視為後者的低成本替代方案。簡單來說，納米壓印是將光罩直接壓印在晶圓表面的光刻膠上，同時照射紫外光（相信是用來固化光刻膠），一次就可以完成電路結構的轉印。

稱耗電量可降九成

製造成本降四成

由於納米壓印技術並非使用光線來將電路圖刻在晶圓上，所以無需要生產波長極短的極紫外光（EUV），同時亦可以省掉那運作複雜的20多面鏡片系統。所以，估計其成本和售價將會顯著低於現時最精物密的EUV光刻機。ASML現時生產中的第一代EUV光刻機每部售價大約要1.45億美元。而且，它還非常耗電，更要配合一些專用的測試設備來使用。

而第二代的EUV光刻機NXE：5000系列將會進一步提高光刻的精密度，原計劃在2023年面世，但現在已推遲到2025至2026年，每部售價預計將會超過3億美元。

相比之下，佳能的納米壓印機除了售價較低（但尚未公佈實際數字）之外，其耗電也低得多，完成「微影」工序所需時間亦短得多，還可以省去上述部分昂貴的專用測試設備。估計一間晶圓廠採用納米壓印機，至少會比採用EUV光刻機節省數以億計美元的設備投資額。

佳能在2021年11月亦曾聲稱，與EUV光刻機相比，納米壓印機可以將「微影」工序的耗電量降低九成，製造成本則降低四成。佳能上周五宣布推出納米壓印機時還聲言，它現時的納米壓印機的實際效果，可以生產出相當於5納米製程的晶片。透過進一步改良，將來更可以達到2納米製程的水平。

說了這麼多，那納米壓印機是否全無缺點。現時行內一般認為，納米壓印機主要有兩個隱憂或缺點。第一，納米壓印機是將光罩直接壓印在晶圓表面的光刻膠上，有別於光刻機的非接觸方案。由於光罩需要與光刻膠直接接觸，它表面若沾有任何微小的塵埃，都有可能令電路圖的壓印過程出錯，從而降低晶片的生產良率。

第二，由於光罩與晶圓表面的光刻膠的接觸次數極多，其耐用性或有疑問，有可能要生產很多片光罩。

明報記者 薛偉傑

[薛偉傑 科技觀潮]