ASML強敵來了？中國2設備廠曝光機大突破　專家揭內幕：抗美禁令別具意義

2017年美國總統川普開啟美中科技戰以來，對全球電子業持續造成衝擊，而半導體是美中科技戰主要戰場之一，美國以禁止先進晶片和製造先進晶片的設備出口中國為主要手段進行制裁。對此，科技力智庫執行長烏凌翔在網路節目《烏鴉笑笑》中表示，短短一個月內，中國兩家機構發表了和EUV不同技術路徑的曝光設備，雖從量產角度而言比不上EUV，但這兩項產品是中國對抗美國半導體壓制的註記。

烏凌翔指出，美中科技戰中，曝光機為關鍵的晶片製造設備，中國很想購買EUV（極紫外線曝光）曝光機卻無果。本月中國連續傳出有兩家機構都成功推出類似的產品，浙江杭州璞璘科技8月8日宣稱，8月1日第一台PL-SR系列噴墨步進式奈米壓印裝置已經順利通過驗收，並交付國內特色工藝的客戶。

烏凌翔說明，奈米壓印是一項上世紀90年代就出現的技術，當時德國和美國兩個團隊都在研發這項技術，1996年一篇論文發表，提出了奈米壓印曝光NIL（Nano Imprint Lithography）這個名詞，在30年前有曝光合理，但是標明可以壓印出奈米等級的電子線路圖案相當稀奇。因為當時摩爾定律剛剛推進到「微米」 百萬分之一米的線寬，而這個「奈米」為十億分之一米。論文發表的領銜人美國普林斯頓大學電機電腦系和材料科學教授周郁，其團隊宣稱他們的技術可製作出奈米的電子線路，比當時主流的微米小1000倍，震驚當時業界。周郁在學術界留下里程碑，卻沒有在產業界打下一片天。一項技術要先證明在科學上可行，再確認在工程上可行，最後要在財務上可行才能變成產品，而奈米壓印在微米時代尚未被市場需要，無法成為賣得出去、賺得到錢的產品。

烏凌翔指出，晶片製程技術中「曝光」部分，主流設備是用高能量的光線「刻」出電子線路的技術路徑，193奈米的深紫外光和13.5奈米的極紫外光因為波長不同，後來出現的EUV和DUV（深紫外線曝光）設計大相徑庭。曝光即為用光線造成曝光膠變化，而奈米壓印是不同的技術路徑，奈米壓印不用光，而是把電子線路用石英做成的模板直接印在晶圓的化學藥品層「壓印膠」上。此精密的模板是用電子束先「寫」出來，電子線路需在壓硬膠尚軟時才能用模板印上去，硬好後固化才能保持電子線路。 （相關報導： 民進黨唯一清醒是王世堅？楊照看罷免潰敗1原因：猶如威權年代的對手 ｜ 更多文章 ）

​奈米壓印設備便宜但轉換成本高　對準能力比曝光機弱好幾倍​

烏凌翔提到，這項非主流的微影技術在2023年10月，日本Canon公司終於推出全球首部採用奈米壓印技術的半導體生產設備FPA-1200 NZ2C，樹立了一座奈米壓印商用化的里程碑。這項設備不用效率低的極紫外光，因此耗電僅EUV的十分之一，也不用蔡司的高精密鏡片組，結構相對簡單，因此價格不到ASML EUV的一半。FPA-1200 NZ2C支援到14奈米的線寬，相當於業界的「5奈米製程節點」。FPA-1200 NZ2C的推出引起業界的注意，認為其有潛力和荷蘭ASML的EUV搶奪部分市場，然而奈米壓印的產出效率很低，因為奈米壓印需用1:1的石英模板把電子線路壓在晶圓的壓印膠上。邏輯晶片相當複雜，有些可能有高達100層的電子線路，且每一層的圖形都不同。

烏凌翔說，奈米壓印雖然不用光罩，但要用不同的模板，假定有100層電子線路，每一層都需對準，而奈米壓印在對準方面比曝光機弱了好幾倍，此外，奈米壓印的模板會磨損，壓印完後脫模容易留下雜質。製程上小變動牽一髮而動全身，任何工廠若使用奈米壓印整個製程都需跟著調整，奈米壓印設備雖然相對便宜，但產線和製程的轉換成本很高，因此奈米壓印目前尚未普遍進入晶圓廠。這就是璞璘科技交付給客戶PL-SR耐米壓印裝置，無法被視為能幫助中國解決買不到EUV困境的緣故。

烏凌翔認為，技術的研發和被市場接受是個互動的過程。中國買不到EUV，奈米壓印又很便宜，邏輯晶片也許太複雜無法使用，但每層電子線路徒刑較簡單又都類似的記憶晶片就可以使用，因為記憶晶片也需要奈米級的線寬。璞璘科技的PL-SR使用紫外光固化的壓印技術宣稱線寬可達10奈米以下相當不錯，但璞璘科技雖宣稱，此設備是至今唯一中國已初步實現20奈米以下製程的高端晶片奈米壓印工藝研發的壓印設備，但也承認此設備「對準」的精度小於200奈米，也就是線寬雖在10奈米以下，卻對的不夠準。

​奈米壓影設備「產出少」　難取代ASML的EUV​

烏凌翔表示，半導題業者製造晶片或設備，隱含的前提是高良率的量產，此為美國英特爾、日本Rapidus和韓國三星三家晶圓廠目前的困擾。若良率不佳、無法量產就不會有客戶下單，早期的巨額研發投入和機器設備的資本支出賺不回來，就沒有資金再投入研發下一代的產品，形成惡性循環。高良率量產的前提正是奈米壓影設備的缺點，奈米壓影設備的「單位時間產出」少。ASML的TWINSCAN EXE:5000一個小時可曝光185片，TWINSCAN EXE:5200B一個小時也可曝光175片，而璞璘科技官網沒有說明其產品單位時間的產出量，Canon的機型官網上也未寫明，但從業界打聽到的訊息， 一個小時不到100片，甚至更低。所以奈米壓印在短時間內可能還不能取代荷蘭ASML的EUV，但中國在買不到EUV的壓力之下，提升奈米壓印的效率的技術一定會逐步研發出來。

烏凌翔提到，浙江大學成果轉化基地之餘杭量子研究院8月14日宣佈，全國首台國產商業電子束曝光機「羲之」，正式投入應用測試。電子束曝光機的技術並非新發明，電子束曝光機在上世紀60年代初期便出現，稱為「電子束直寫」，由美國貝爾實驗室和加州大學博克萊分校研究團隊提出，而後美國IBM（國際商業機器公司）、德國西門子、日本NEC（日本電氣股份有限公司）和英國劍橋大學都有學者投入此領域。1975年IBM率先利用電子束製作出實驗級的一微米以下線寬，也就是次微米的這個電路圖案，用電子束在光阻劑上面刻畫出電子線路，精密度可達10奈米甚至以下，因此業界便用其製作光罩，而電子束也可製作奈米壓印的壓印模板。

烏凌翔進一步說道，科學理論、技術都證明可行後，剩下的問題就是根據此項技術做出來的產品，和同類產品比較製造成本、效率、性價比等等。比較之下得出結論，電子束微影或曝光完全不適合大規模量產，因為量產效率非常低，電子束單束的設備刻寫一片12吋晶元 ，約耗時一個月，多束Multiple Beam刻寫一片晶圓仍耗時至少一小時。中國的「羲之」雖被稱為曝光機，但完全不能和荷蘭ASML EUV相提並論。後者是為量產而設計，電子束本是用來製造一些不計成本，非常少量的非商業用途晶片。

烏凌翔表示，短短一個月內，中國兩家機構都發表了和EUV不同技術路徑的曝光設備，雖從量產角度而言比不上EUV，但這兩項產品問世仍然具意義。雖然不至於看到這兩個產品扭轉美中晶片戰的戰局，但這兩項產品是中國對抗美國半導體壓制的註記，而科技的推進本就是一點一點進步，能否商品化則要由市場決定。
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