佳能已成功在全球半導體行業的后端光刻設備領域站穩腳跟。
日本光學巨頭佳能因市場下滑,自2004年以來一直未新建半導體光刻設備生產工廠。該公司于2025年7月30日宣布,將在其宇都宮光學產品工廠建成一座新的半導體光刻設備工廠。該工廠預計將于9月投入運營。
據悉,宇都宮工廠的投資額達500億日元(約合3.38億美元),將使光刻機總產能提升50%。該工廠主要專注于半導體光刻設備、顯示面板光刻設備以及相關的測試和封裝設備,尤其側重于用于半導體后期工藝的光刻工具。
佳能是21世紀初少數幾家能夠生產半導體前端工藝設備的廠商之一,在半導體光刻機領域與日本尼康和荷蘭ASML并駕齊驅。然而,由于戰略失誤,ASML在2020年代占據了90%的市場份額,佳能在該領域的影響力則顯著減弱。
近年來,隨著前端半導體制造精度的提升趨于穩定,代工廠已將重點轉向2.5D和3D封裝等先進的后端封裝技術,以保持產品性能的增長。在這些先進的封裝方法中,高精度光刻技術對于中介層(interposer)的加工至關重要。
佳能早在21世紀初就預見到了這一趨勢,因此選擇不投資EUV光刻技術。相反,佳能開發了專為封裝應用設計的I線光刻設備,并于2011年推出了首套系統。盡管尼康目前正在積極進軍這一領域,但預計要到2026年才會進入。
佳能高級常務董事竹石宏明表示,雖然ASML占據前端光刻設備市場的主導地位,但佳能已成功在全球半導體行業的后端光刻設備領域站穩腳跟,從而提升了其半導體光刻部門的業績。
2015年至2020年期間,佳能平均每年出貨90臺半導體光刻機。預計到2025年,出貨量將增長2.83倍,達到255臺,其中后端工藝設備將占出貨量的30%。
去年9月,佳能宣布,向總部位于美國得克薩斯州的半導體聯盟得克薩斯電子研究所(TIE)交付佳能最先進的納米壓印光刻 NIL 系統 FPA-1200NZ2C。
這臺納米壓印光刻機將交付給德克薩斯電子研究所,該研究所是德克薩斯大學奧斯汀分校支持的聯盟,成員包括英特爾和其他芯片公司以及公共部門和學術組織。該設備將供芯片制造商用于研發。
該聯盟對外提供對半導體研發計劃和原型設施的訪問權限,以幫助解決與先進半導體技術(包括先進封裝技術)相關的問題。
佳能的 FPA-1200NZ2C 系統可實現最小 14nm 線寬的圖案化,支持 5nm 制程邏輯半導體生產。該設備將在得克薩斯電子研究所用于先進半導體的研發和原型的生產。
佳能光學產品副總裁巖本一典表示,公司的目標是在三到五年內每年銷售約 10 到 20 臺。該設備由佳能與 Kioxia 和大日本印刷公司合作開發,并于去年 10 月開始銷售。
佳能突破納米壓印技術講的并不是一個新故事。
從2004年開始研究納米壓印,再到2014年收購美國納米技術公司Molecular Imprints至今,幾乎每年都會傳出佳能納米壓印技術突破芯片生產尺寸的動向,以至于一家海外專門追蹤佳能公司網站報道最新消息時,用的標題是“佳能的納米壓印來了(再次)”(Canon’s Nanoimprint Arrives (again))。
納米壓印與光刻是兩種不同的技術路線。
兩者的目標相同,簡單描述就是將設計好的集成電路圖“復制粘貼”到硅片上。而實現方法卻大有不同,形象地比喻類似“照相”與“蓋印章”。
光刻主要采用化學手段,利用紫外光輔以光刻膠等特殊化學品發生反應在硅片上“投影”出電路圖。納米壓印則主要采用物理手段,利用制作好的集成電路圖模板通過機械加壓“復印”到硅片之上。
由于沒有采用光刻中的投影成像原理,納米壓印省去了光刻機造價最昂貴的光學曝光機等成像系統,理論上認為是一種更低成本的方案。按照佳能產品負責人的說法,“納米壓印的價格將比EUV光刻機少一位數”,且耗電量只有光刻的十分之一。
與光刻機早早從最原始的接觸式進化成非接觸式不同,納米壓印采用機械加壓方法必須接觸。但實際接觸過程中,納米壓印比光刻更容易出錯,對準與缺陷問題始終是困擾納米壓印的兩大難關。
半導體又恰恰對生產精度要求最苛刻,芯片尺寸越小容錯率越低。納米壓印技術長期無法被證明應用于量產半導體領域10納米以下先進制程芯片的能力。直至今天,相應制程芯片仍未大規模使用納米壓印技術生產。
納米壓印目前主要廣泛應用于對制造缺陷容忍度較高的行業領域,比如光學和生物芯片,包括LED、AR設備、太陽能電池等等,但迄今為止都還未進入到大規模量產階段。