上期视频介绍了垂直晶体管，有人说垂直晶体管结构复杂、距离实际使用还有很长的路要走，有人说成功了是知识储备，失败了是经验储备。看到这些评论我真的很高兴。还有人问，除了垂直晶体管，还有没有其他的技术能够实现五纳米制程呢？

答案当然是有的，并且发展的还很快。
前几天有媒体报道了，可能采用纳米压印技术，这项技术可以具备五纳米以下制程存储芯片的量产能力。看到这里也正好印证了我之前的观点，就是纳米压印这项技术可以完全的绕开光刻机。
所以本期就和大家来聊一聊纳米压印到底是怎么回事儿。

大家都知道芯片制造最关键的环节就是光刻环节，美国很早就看到了这一点。
在上个世纪九十年代，美国督促几大半导体公司组成一个联盟，共同开发光刻机。阿斯麦尔一九九九年的时候就加入了这个联盟，经过二十年的积累，二零一七年的时候就成为了唯一的EUV光刻机厂家。现在的EUV光刻机就是一个巨无霸,体积相当于一辆公交车，重量高达一百八十吨，运输的时候需要三架飞机和二十辆货车，内部结构也极其复杂，有超过十万个零部件，价格因此飙升到一点五亿美元一台。

价格昂贵不说，问题是掌握核心科技的就只有这么一家，产能非常有限，所以只有台积电、英特尔等阿斯麦尔的股东才能够拿到最新的光刻机，可以说整个行业都得看阿斯麦尔的脸色行事。

面对光刻机的垄断之势，中科大七十五级校友周律教授提出了纳米压印技术。什么是纳米压印呢？它的原理非常简单，首先准备一个带有图案的印章，然后呢把印章用力的盖压在硅金元表面的光刻胶纸上。提起印章，这样子就能够把预设的电路图转移到光刻胶质上，这个过程好像似曾相识。先把字雕刻在木板之上，均匀的涂上墨汁，再把纸张覆盖上去，用刷子轻轻地刷，纸碎后接下来晾干，这不正是雕版印刷术吗？没错，如果把光刻机类比成照相技术，那么纳米压印就相当于是中国古代的雕版印刷术了。一九九五年，周瑜首次提出，可以使用机械力的方式，把模板上的图形压印到光刻胶上，再转移到硅金源上，从而实现快速批量生产。印出来的图案尺寸完全由模板上的图案决定，所以不会受到传统光刻机技术光源波长的限制。通过压印可以在大面积的区域之上高效、低成本的实现十纳米以下的图形加工，并且在这个过程当中，只有光刻的步骤被纳米压印技术代替，其他的刻蚀离子注入薄膜沉积。它标准的芯片制造工艺是完全兼容的，能够很好地接入现有的产业，不用推翻重来。纳米压印技术一出来就引起了微纳加工领域的轰动，所以后来在美国普林斯顿大学成立纳米结构实验室，还创立了no text公司，专门的生产纳米压印设备。二零零七年，凭借这项技术，周毅当选为美国工程院院士。并且在学校组建微纳加工实验室，负责实验室设备的使用和管理，后来到美国从事防卫研究，也用到了next压印设备。一般来说，压印过程分为两种，一种是热压印，利用温度和压力共同作用，优点是适用于各种模板。我们实验当中呢先把轨迹圆上旋，涂上p、m、a、等光刻胶，然后再把压印模板放上去，加热到光刻胶的相变温度以上，再施加压力压到液化的光刻胶层内，充分的接触一段时间，降温，让光刻胶固化以后，就可以把印章玻璃一次的热压印完成。第二种是紫外纳米压印，它和光刻有一点相似，也更受欢迎，因为这种紫外压应技术无需加热，在室温之下即可完成，唯一的要求就是要采用透明的模板。我们把p、d、m、s等透明模板放到旋图，用光刻胶的硅圆腔再施加一点压力，然后启动上方的紫外光源，紫外光透过模板照射在光刻胶质上发生聚合反应，等光刻胶固化之后，分离印章就完成了紫外压印。不难看出纳米压印值需要简单的机械重复，就可以忠实地将转移模板上的图形。工艺简单，在分辨率上有优势，尤其适合阿斯麦尔的光刻机。并且不需要复杂的光路系统和昂贵的光源设备，成本低，也很省空间，甚至功耗也只有光刻机的十分之一，还很环保。除了对光刻胶进行压印，也足以压印其他的功能材料。我国以前主持的一项国家自然基金就是对金属氧化物、半导体的直接压抑研究多年。纳米压印技术在纳米光学、固态照明、平板显示、生物检测等领域都有着大量的应用。按理说，既然是一种能够取代光刻机的技术，为什么我们没有在消费芯片之上听到它呢？这是因为距离大规模商业化量产还有一些短板没有补起，这些短板分别指向是模板、成本、良品控制和生产效率。首先纳米牙医需要纳米级的印章模板，加工起来费时又费钱，这好比雕版印刷术，最麻烦的地方就是雕刻那款模板。雕刻纳米印章主要的采用的是聚焦离子数f、i、b和电子刻蚀术E、b、l来对石英或者是硅材料进行加工，成本很高。通常大家都会用p、d、m、s等聚合物在对主模板进行复制，从而得到大量的复制模板。在实验室里做前期工作的学生，往往会让他们找一些天然的先练练手，比如荷叶、玫瑰、花瓣等等。第二个难点就是良品控制。半导体行业的整个过程都在无尘空间完成，但是颗粒物也不可避免，尤其是纳米压印，需要让模板和光刻胶直接接触，一旦有颗粒物污染的存在，不仅会影响压印的图案，还会导致模板自身图案的损坏，模板损坏损失就大了。最后就是押韵的速度较慢，一般的押韵社保为了是工艺稳定，单次押韵都要花上十分钟，对于工业生产来说这太慢。当然为了实现快速批量生产，紫外纳米压印也可以做成卷对卷的模式，效率会快不少，但和现在的光刻机相比还是很慢。这三个问题其实不能说。完全是纳米压印技术的问题。降低工艺成本、提高良品率和提高效率，对发展初期的光刻机来说也是同样要面对的问题。任何一项技术要从实验室走向成熟，都需要解决这些问题。只不过光刻机发展的较快、大家投入的资源较大，更早地解决了这些问题。目前纳米压印厂商主要分布在欧美国家。日本佳能在光刻机上折戟之后，二零一四年通过收购的方式成立了美国佳能，进入纳米压印行业，经过多年发展，目前已经在压硬材料、工艺、技术和设备制造之上取得长足的进步。最近佳能在内存大厂完成了纳米压印的量产技术，并且生产十五纳米的闪存。五纳米闪存存亡善终，预计二零二五年实现五纳米芯片的量产制造可能对于压印技术的完善方法也值得我们借鉴，比如通过多光束技术，大大加速了制作硅基主板的速度，然后大量复制使用。佳能开发了独特的清洁技术和测量技术，可以大幅度的提高晶圆良品率和生产效率。目前来看，商业化纳米压印技术比较适合在三d堆叠。堆叠的内存芯片之上通过大幅度降低光刻成本来取代EUV光刻机，并能够在纳米压印设备未来路线图当中显示运用，将从3d、n、y的存储芯片开始，逐渐过渡到d、o、m，最终执行cpu等逻辑芯片的制造。纳米压印技术比垂直晶体管走得更远，并且在更关键的地方能够成为光刻机的替代品，所以有人说没有光刻机也生产不了高端芯片，其实并不值得惶恐，我们的短板在于产业。抓发展稳，国内的芯片产业一定会追赶上来。
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