佳能的NIL光刻机，能超越ASML的EUV？

上周，又有一个新的话题。

某公众号说，光刻机商之一的佳能推出了一款新设备，号称颠覆光刻巨头ASML。

一看标题，非常之牛，把我都看傻了，千年老三的佳能，怎么突然之间打通任督二脉变成绝世高手，要华山论剑把ASML给干趴下了？

内容是这样的：日本佳能宣布推出新型光刻设备：FPA-1200NZ2C纳米压印半导体制造设备。

据佳能介绍，传统的光刻设备通过将电路图案投射到涂有抗蚀剂的晶圆上，而佳能此新产品通过在晶圆上的抗蚀剂上压印有电路图案的掩模来实现这一点，就像邮票一样。

图/佳能官网

所谓NIL，纳米压印是一种不同于传统光学的微纳加工技术路线，其实不算什么新型的“天顶星人科技”，已经有些历史了。

1995年，华裔科学家周郁（Stephen Chou）教授首次提出纳米压印概念，从此揭开了纳米压印制造技术的研究序幕。

到2003年，纳米压印作为一项微纳加工技术，被纳入国际半导体技术蓝图（ITRS）。

2009年，美国从事纳米压印基础技术研发的Molecular Imprints公司（MII）曾规划将NIL技术用于32nm逻辑节点生产制造。但进展也未及预期——据说是因为生产速度慢，而且缺陷率高，资金问题也成为MII发展技术的掣肘。

五年后的2014年，佳能收购了MII。实际上早在十年前，佳能从2004年就开始一直秘密研发纳米压印技术，直到收购MII公司，将其更名为Canon Nanotechnologies，从而进入NIL市场。

这是它的工作原理：

根据佳能的说法，佳能的纳米压印技术NIL（Nano Imprint Lithography）技术可以实现最小实际线宽14nm的图形化工作，相当于最先进的逻辑代工的5nm工艺。此外NIL技术可以进一步改进，最小有望实现10nm的电路图案，相当于2nm工艺。

根据佳能的介绍，套刻精度是2.4nm/3.2nm（尽管我认为这个套刻精度不是那个套刻精度的概念），实验室的研发数据是NIL可以处理每小时100片晶圆。这个已经摸到了商业化门槛，因为ASML的NXE 3300系列的EUV光刻机，单位小时产能也就125片而已，非常接近了。

此外佳能的NIL技术也得到了下游客户的认可，比如原日系存储公司铠侠（前身是东芝存储）以及SK海力士们，他们在NAND制程上做了部分尝试，目前来看，似乎还是有些作用的。

因此，NIL被誉为下一代最有前景的光刻图形化技术之一。

那么，佳能的NIL是否真的能颠覆传统光学投影路线的光刻技术，打败ASML呢？从A股来看，板块高潮似乎来临，似乎我们如果采用了这条技术路线，就能绕过美国针对EUV光刻机的封锁（EUV的光源Cymer是美国公司），未来我们能制造更先进的芯片，看起来非常哇塞。

但是事实是什么？今天来细聊NIL的优缺点。

NIL的优缺点

很显然，NIL还是有一些优点的，至少看起来这个最小可以实现10nm的线宽就非常诱人。

从优点上来讲，确实实现更小精度的图形化工艺是其最大的优势，延伸开来就是一定程度上解决当下中国的半导体需求，因此股吧就有人说未来我们能绕过EUV光刻机的限制，从而实现更小的5nm制程，所以A股相关板块就高潮了。

而且NIL设备价格便宜，根据佳能的介绍，其设备只有传统光刻机十分之一都不到，毕竟一台EUV都是上亿美金，性价比十分突出。

不仅是设备便宜，而且NIL的功耗也低。不管是DUV还是EUV，都是有名的“电老虎”，每天光刻机消耗着巨大的电力，这电费也是FAB工厂一笔不小的开支。

所以说，当前NIL技术能够实现更小的制程，设备价格便宜，功耗低是其最大的优点。

说完优点再说缺点，聊点专业技术的。

从NIL的技术特点上来，掩膜板和晶圆是完全贴合的，这和50年前接触式光刻机原理一模一样。

接触式光刻机

50年前的接触式光刻机也是一片掩膜板完全覆盖贴合一片硅晶圆，然后进行完整的一次曝光，1:1进行一次图形化转移。

但是，接触式光刻机有一系列问题，第一是污染，导致当时芯片的良率非常低，只有10%，产能根本上不去。

其次是掩膜版反复工作后极其容易损坏，基本曝光十次掩膜版就废了，得换新的，因此掩膜版的成本也极其高昂。

以上两个因素共同造成当年的芯片成本居高不下。

当年摩托罗拉的6800芯片，高达280美金一颗，那可是上世纪60年代，简直贵得离谱，除了美国军方外，谁用得起这个？

所以没多久接触式光刻机就被淘汰，改用渐进式光刻机，掩膜板不再和硅片贴合，只是尽可能接近。但是有一定的距离后光有衍射效应，图形会变模糊，后面为了解决光衍射问题，又发明了反射式光刻机。

Perkins Elmer 反射式光刻机

反射式也是1:1，但是随着芯片制程不断缩小，反射式的精度不够看了，再接着就是步进式投影光刻机。

从步进式投影光刻机开始，基本和现代光刻机原理就没啥区别了，掩膜板图形通过物镜系统，按比例精确投影到硅片上。

光学投影原理

再然后是效率问题。

步进投影光刻机除了成像精度好，没有污染，以及掩膜板并非接触式，没有用多了报废的问题等优点，其最大优点就是寿命长，而且对于整个工艺而言良率高。

现在ASML的顶配DUV，是单位小时300+片的产能，性能指标是每片晶圆上曝光96个区域，每平方厘米30毫焦耳的能量。

ASML的光刻机把曝光效率，成像精度，以及一致性发挥到了极致，当然背后离不开ASML变态的光学投影系统以及高效高精度的双工件台技术。

那么问题来了，佳能的NIL是否也有ASML这样的效率、良率和寿命？

除了效率问题，那一致性问题呢？是不是每一次曝光，每一台设备的精度都能保持一致性呢？如果做不到，那就十分炸裂，客户怎么用？

从细节上来讲，接触式有个最大弊病，既然是接触压印，你得考虑材料问题吧，得考虑应力问题吧，得考虑各种形变问题吧，这些问题从某种角度而言，可比光学难题难处理多了。

光学投影的误差，问题说穿了就是麦克斯韦方程组里的问题，理论和公式早就搞得清清楚楚，无非就是应用端想办法解决而已。

但是这个压印的材料问题，应力问题，形变问题，目前来看一大堆难题在前方，而且还是一时间解决不了的问题，个人认为只会比光学难题大而不是小。

还有寿命问题，显然NIL从设备到材料是有寿命的，这个寿命是多久？1000次，还是10000次，还是100000次？

假设压印头尺寸跟光刻机一样是26x33mm，一片12寸晶圆有96个区域需要曝光，因此一片晶圆需要压印96次。

而现代光学光刻机一天要跑5000-6000片晶圆，就按5000片的量算，一天就是96*5000=480000次，一天48万次。

就算NIL的十万次寿命连半天都跑不到就挂了，哪怕一百万次寿命，也才能用2天而已，这寿命根本没法看，要知道光刻机工作寿命普遍是20-30年的。

我去参观过很多FAB工厂，有些光刻机年纪比我还大，我都是“男人一枝花”的年纪了。

据我所知，现在NIL的寿命就根本没这么久，撑死一万次。

综上所述，尽管NIL有其低成本、低功耗、精度高的优点，但是污染、应力、一致性、寿命、效率，一大堆难题根本就没解决。

而且从产业链角度而言，现在NIL也只是实验室阶段的尝试，其研发投入、市场接受度、商业化还早着呢，别提什么我们利用NIL绕过EUV限制实现5nm以下工艺，这都是扯淡。

当然，A股股民可不管这些。

拥抱泡沫是每个大A韭菜自我洗脑后的修养之一。

想想也是，毕竟A股又有几个人是专业的技术专家呢？

专业人不说，没人出来点破皇帝的新装，这不是就是一个很好的题材吗？一看有人鼓吹NIL取代EUV光刻机，我们突破5nm有望，不是非常有希望、非常热血的话题么？

反正普通人又看不懂，只会跟着炒，但该拥抱泡沫还得拥抱泡沫，毕竟拥抱泡沫才有超额收益，你觉得呢？

本文来自微信公众号：启哥有何妙计（ID：qgyhmj），作者：陈启

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