佳能扩建光刻机工厂

日前，佳能宣布投资500亿日元，约合25.6亿人民币，新建一座光刻机厂。佳能旗下有两座光刻机工厂，主要生产用于制造汽车控制芯片的光刻机。

2021年，全球共出售478台光刻机，其中龙头阿斯麦卖出了309台，佳能卖出了140台，排名第二。

这次建厂，是佳能21年来第一次扩建光刻机工厂。新工厂预计2025年投产。到时，佳能的产能会提高到现在的两倍，也就是年产280台光刻机。

扩建光刻机工厂？当下，半导体产业面临产能过剩，就连长期供不应求的台积电，也准备关闭4台光刻机，给部分员工放假。其他厂商情况也类似，为什么佳能还要增加光刻机的产能？

佳能瞄准中国这个大市场

近些年，半导体行业有一个显著的变化，就是从一个全球分工的产业，变成区域自主产业。全球总产能过剩，但中国、欧洲、美国都在发展自己的半导体产线。

尤其是中国，芯片企业的数量持续大涨，对光刻机的需求只增不减。佳能的光刻机主要用于生产14纳米以上的成熟制程芯片，正好符合中国市场的需求。

当然，佳能不单单是为了拿下中国市场。它还有一个更宏大的目标，就是开拓下一代光刻技术，实现对阿斯麦的“弯道超车”。

因为，最先进的EUV极紫外光刻机，只有阿斯麦一家能提供。

2022年9月，阿斯麦还推出了EUV光刻机的进阶版本（High-NA），把原来的0.33光圈镜头变成分辨率更高的0.55光圈，进一步提高了生产精度，台积电打算用它来生产2纳米的芯片。在阿斯麦的规划中，它过几年还要推出支持1纳米的光刻机。

但业内普遍认为，阿斯麦的这个构想恐怕难以实现。阿斯麦的技术高管也表示，今年推出的这一代，很可能就是EUV技术的终点。

一方面，光刻机已经在制程精度上逼近极限，技术突破越来越难。

另一方面，商业落地也是个大问题，这版新光刻机一台造价就高达4亿美元，到了下一代，只会更高。

三种替代方案

方案一：电子束光刻技术。

光刻机的突破，主要在于使用波长更短的光源。阿斯麦花了20年，才从193纳米的深紫外光，突破到13.5纳米的极紫外光。

而电子束光刻技术，抛开了光源的限制，用高能电子束来替代光。电子对应的波长只有0.04纳米，加工精度就比EUV又高了不少。

不过，电子束光刻的限制在于速度慢。EUV光刻机能一次性把图案铺满整个硅片，一小时能生产200片。

而电子束光刻，只能一点一点地写入图案，用在量产上就太慢了。目前它主要用在量子计算芯片、超表面芯片这样的高精度小批量芯片中。

方案二：自组装光刻技术。

芯片虽然精细，但有很多结构是周期性重复的。研究者认为，与其精细地刻蚀这些重复的图案，不如想办法让材料自己形成需要的图案。

这就是自组装技术，诱导光刻材料在硅片上自发组成我们需要的结构。

比如，找到两种化学性质不同的聚合物链条，把它们组合在一起，链条上相似的化合物会粘在一起，互斥的化合物会彼此远离。让大量链条聚集在一起，它们经过移动就会形成特定的形状。

这种方式比传统光刻分辨率更高，加工速度也不受影响，但它对材料控制的要求特别高，还处在实验室阶段。

比利时微电子中心、麻省理工学院等机构都建立了自组装产线，研究它的具体工艺。

方案三：纳米压印光刻技术。

1995年，华裔科学家周郁最早提出这个概念。它的工艺是，先在模具上刻上纳米电路的图案，再把这个图案像盖章一样压在硅片的感光材料上，同时用紫外线照射，就能完成转印。这种机械复制的方法，不受光学衍射的影响，理论上可以达到2纳米的分辨率。

和EUV比，纳米压印的成本优势很突出，整套设备的价格不到EUV光刻机的一半。而且，EUV光刻机一年要用掉一千万度电，而纳米压印设备只需要十分之一。

佳能押注的下一代光刻技术，正是纳米压印。这也被认为是最有可能替代EUV的技术。

佳能目前量产的纳米压印设备，能用于生产15纳米的芯片，预计到2025年，能进一步研发出生产5纳米芯片的设备。

在半导体产业的前线，各大芯片厂商忙着在芯片制程上向摩尔定律的极限逼近，在后方的光刻技术上，人们也在想尽办法从光源的限制中突围。