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替代光刻機?日本突破芯片新技術,ASML的時代或被「終結」
2022/09/02
2022/09/02

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芯片制造有一項很重要的光刻工藝,就是通過光刻機把幾十億,上百億根晶體管曝光在晶圓表面,然后用刻蝕機沿著芯片線路進行雕刻。但是光刻機設備昂貴,制造難度大,且高端EUV光刻機僅掌握在ASML手中。

日本另辟蹊徑,突破了納米壓印新技術,技術制程已經步入10nm。這是怎樣的技術呢?能否替代光刻機呢?

日本突破芯片新技術

ASML掌握高端光刻機的制造能力,最先進的EUV光刻機有價無市,被各大芯片制造商哄搶。EUV光刻機設備雖然先進,但是也存在很多問題。

首先ASML需要受到規則的束縛,不能自由出貨EUV光刻機。其次EUV光刻機能耗巨大,造價昂貴,即便在資金密集的芯片制造業,也不是所有企業都能承擔的。另外在操作便捷性,設備后期的維護等方面都存在問題。

要不是EUV光刻機能造出5nm這些高端芯片,是很難有市場的。如果市面上出現一款價格更便宜、操作更簡單、產能也更高的芯片制造設備會怎樣?還真有人展開了研發,而且取得了突破。

根據傳來的消息顯示,東京理科大學學者在納米壓印技術上取得了突破,完成紫外硬化納米壓印創建10nm以下分辨率形貌突破。

這是怎樣的技術突破呢?了解這項技術突破之前,需要先知道納米壓印技術的原理。

所謂的納米壓印技術其實很好理解,通過對比可以知道在傳統的光刻工藝中,光刻機是通過光源曝光,在納米級別的精度范圍內把芯片線路曝光在晶圓表面。如果是EUV光源,波長可以達到13.5nm,能夠在指甲蓋大小的芯片上曝光出上百億根晶體管。

整個過程非常繁瑣,還需要用上光掩膜版,光刻膠等等設備,材料。

但如果用上了納米壓印技術,可以省去運用光掩膜版的步驟,先把芯片線路復刻在納米壓印設備上,然后印在晶圓表面。通俗點講,光刻機是曝光,納米壓印是「蓋章」。

日本鎧俠公司正在涉獵納米壓印技術,去年就已經進入到15nm節點。而到現在,日本業內學者有了更大的突破,在10nm制程完成納米壓印技術的破冰。

詳細來看,這次東京理科大學的突破能讓光刻膠材料實現10nm以下的分辨率,而分辨率越精密,越能印制出精細的芯片。10nm也許不是終點,再往下還有可能突破7nm甚至是5nm。

納米壓印技術能替代光刻機嗎?

人類探索半導體歷程長達半個世紀以上,從最開始發明集成電路,晶體管,到運用微米技術造芯片,再到目前使用EUV光刻機實現5nm,4nm等高端芯片的量產。

放到十幾年前,是很難想象人類能夠在指甲蓋大小的芯片范圍內,集成數以百億計的晶體管。

盡管已經實現了5nm,4nm等高端芯片的量產,但人類沒有放棄對芯片制造技術的探索。光刻機也許不是唯一能造芯片的工具,納米壓印技術提供了另一種思路,而且正在從理論走向實踐,相關的成果也有可能在未來的某一天落地。

到那時候,一旦有了納米壓印技術設備的支持,ASML的時代或將「終結」。ASML引以為傲的EUV光刻機或不再是唯一。

當然,目前納米壓印技術還只是理論,并沒有真正實現量產。在一切事情還沒有發生之前,現有的猜測只是對未來可能性的預判罷了。在不排除任何可能性的情況下,納米壓印技術能替代光刻機嗎?

關于這個問題,其實存在兩種爭論,一種認為可以,理由是納米壓印技術可以和光刻機一樣,實現芯片線路的復刻。而且納米壓印技術搭載的設備成本更低,耗電量和EUV光刻機相比降低了10%。所以納米壓印可以成為替代光刻機的技術。

另一種認為不可以的觀點也有自己的見解,覺得納米印壓技術和光刻機不能相提并論,因為光刻機可以做到芯片立體多層,而納米印壓技術只能實現單層平面,無法刻出幾十億個晶體管。

兩種觀點都有各自的解釋,但不管如何爭論,現階段來看只是對納米印壓技術未來前景的一種預測。而且不排除另一種可能性,那就是納米印壓技術與光刻機共存,在芯片制造領域按照各自的需求,選擇不同的技術解決方案。

畢竟從本質上來說,納米印壓與光刻機完成不同,優劣勢也不一樣,任何一方想要替代另外一方都不太容易。所以在面向未來的芯片制造行業,如果能探索出另一種可行的方案作為補充,也不失為合理的選項。

總結

光刻機發展了幾十年,匯聚了全球頂級的科技力量,ASML造出EUV光刻機的背后,是全球上百個研究機構,幾十個國家的鼎力支持。事關千億產值的芯片產業鏈,不可能隨意被替代。

但如果出現新的制造技術,也值得探索發展。畢竟EUV光刻機遲早會遇上性能瓶頸,打破摩爾定律極限的解決方案,也許就在各種各樣的創新技術中。

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