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弯道超车,半导体制造将不再卡脖子

贾紫璇 2023年10月30日 热点
纳米技术会威胁到 AMSL 吗?

作者丨贾紫璇 

编辑丨张丽娟 

近日,佳能宣布启动FPA-1200NZ2c纳米压印半导体制造设备的消息一出来,给国内外的纳米压印技术行业带来了极大的鼓舞。

受制于光刻龙头 ASML 时间太久,佳能纳米压印技术的突破,是这两家公司博弈的转折,也是两种技术在市场上竞争关系的转变。

多年来,在半导体、AR 、VR等领域,传统光刻技术一直占据主导地位。

这也不足为奇。毕竟光刻技术自 90 年代中期冲破发展瓶颈后,至今已经将技术发展到了极致。而在此过程中,不断研发和推进技术进步的 ASML 也成为光刻技术行业的绝对龙头。这也造成了光刻技术国内外发展不均衡的现状。

然而,纳米压印技术的发展,似乎正在悄悄打破这一局面。

与光刻技术的长发展历史不同,纳米压印技术是在 1995 年被美籍华人、美国工程院院士周郁(Stephen Y. Chou)发明出来,至今也仅有不到 30 年的发展过程。

叠加光刻技术足够成熟而带来的“市场封锁”,纳米压印技术在国内外都处于发展较为早期的阶段,也不存在明显的发展不均衡状态。

师从周郁的葛海雄博士拥有 20 年的技术积累,针对这个技术缺口,与合伙人邓萌萌共同在 2017 年创立了璞璘科技(杭州)有限公司(以下简称:璞璘科技),致力于推动国内纳米压印技术的发展。如今,璞璘科技已经发展成了一家集技术、设备、材料为一体的纳米压印高端微纳制造商,与半导体、光电、医学生物、显示、车载电子等行业龙头企业建立了深度合作。

葛海雄博士告诉小饭桌,“随着佳能公司的引领示范效应与产业对纳米压印技术的需求,相信近几年国内的纳米压印技术会有长足的发展。”

技术引领的背后是长时间的积累与沉淀

佳能今天的成绩,源于佳能本身作为DUV光刻的头部企业,在半导体以及高端微纳制造产业中有着充足的积累和沉淀。

此外,佳能在2004 年就开始投入纳米压印技术研发,并于 2014 年进一步收购了美国纳米压印公司Molecular Imprints,经过近10年的积累成为全球纳米压印技术的引领者。

从而可见技术引领的背后是长时间的积累与沉淀。

和葛海雄博士聊下来会发现,对纳米压印技术的积累和专注,是他对于创立璞璘科技,以及深耕纳米压印技术的信心和底气来源。

葛海雄博士早年师从纳米压印技术发明人,20年前在普林斯顿大学与合作伙伴们一起发展的紫外光固化纳米压印材料、工艺与5纳米以下的压印分辨率,时至今日仍然是纳米压印领域的技术巅峰。

作为国内最早开展纳米压印技术研究的学者之一,2004年葛海雄博士从美国回到国内继续开展纳米压印研究。经过20余年的耕耘,葛海雄博士团队在纳米压印领域发展了多项原创型的成果,已经进入纳米压印的无人区。

“单纯仿造国外技术是无法实现技术突破和超越的” ,葛海雄博士告诉小饭桌。

纳米压印行业在过去20年经历了数次起伏,即使看好技术的未来,在行业遇到停滞不前的困境逼着大家坐“冷板凳”时,总会有一些人选择离开,这是前沿技术在早期发展中不可避免的。“工匠精神”是葛海雄在整个谈话过程中始终强调的,但聊到创业路,葛海雄也承认要想遇到志同道合的人非常不容易。

他给小饭桌讲了自己曾经的一次“创业失败”经历。

2012年前后,纳米压印技术在LED芯片应用场景有着相应的发展前景,即在蓝宝石衬底上用纳米压印技术替代光刻制备微纳米图案,在大幅提高蓝宝石的发光效率的同时还可以将生产成本降低至光刻成本的二分之一。

彼时有一家苏州的上市公司想要做技术升级,刚好也对这项技术感兴趣,于是主动向葛海雄博士提出投资成立相关业务公司,专门研发纳米压印制作LED图案化蓝宝石衬底的技术并投入量产。

经过长时间的沟通与交流,葛海雄博士被说动了,开始组建团队,完成了小试和中试后,该公司却没有如约进行投资。葛海雄向小饭桌讲述,后来该公司现金流出现严重的问题导致这家研究蓝宝石衬底的创业公司也“中道崩殂”。

葛海雄告诉小饭桌,在技术层面,“与极少数依靠一份篇幅精彩的 PPT融资的项目不同,我们的技术路线是经过长时间积累和打磨的,是时候到产业上去摸爬滚打一番了。”

璞璘科技CEO邓萌萌告诉小饭桌,如今璞璘科技10余位核心技术人员,都是对纳米压印技术研发有着极大的热情的伙伴,是坚持着“工匠精神”的同行者,是志同道合的创业伙伴。此外,公司部分成员还兼具多年经营管理经验,璞璘科技正在打造一支“未来可期”的团队。

纳米压印技术还要稳扎稳打

有了技术团队和工匠精神,纳米压印技术如何才能在光刻技术的“统治”下弯道超车?

由于光刻和纳米压印两种技术的应用场景高度重合,那么一方发展的足够成熟,另一方就很可能会受到限制。“纳米压印技术想要快速发展并切入与光刻同一个市场是很难的,需要大量的时间、资金、人力投入。”葛海雄博士告诉小饭桌。

但换个角度思考,在这种狭小的空间下,纳米压印技术仍然可以存活 20 多年,也足以证明其技术是充满生命力的。

葛海雄博士提到:对标光刻技术的先进与极致,纳米压印技术从它诞生起就不乏怀疑、贬低、甚至否定之声,延续至今。

然而大多数人不知道的是,佳能纳米压印技术的提出者C.G. Wilson教授正是四十多年前化学放大光刻胶的主要发明人之一,而化学放大光刻胶是当下主流光刻技术量产的关键材料,没有化学放大光刻胶很有可能就没有今天的光刻技术。

目前,全球各个芯片制造企业都在积极研究NIL纳米压印技术,并已经开始进行实际应用。数据显示,2022年全球纳米压印技术市场规模达到22.9亿美元,预计2029年有望突破50亿美元。

当然,尚处于早期成长阶段的纳米压印技术在产业化上还远不够成熟,目前最重要的是上下游的磨合与配合,发展出适合产业需求的纳米压印技术。

- 璞璘科技在光学器件中的压印成果展示 -

在行业对技术具体实现、工艺需求、设备形态还缺乏共识的时候,少数企业容易偏乐观地将一些并不契合其自身需求的 “量产成熟”纳米压印设备着急引入研发及产线,到头来这些设备往往会束缚其本身的产品迭代更新。

纳米压印技术在产业中应用是需要一个循序渐进的过程,并不是单纯靠着单一的设备、材料、工艺就能完成产品研发和生产,是需要供应商与生产厂家长期合作,相互迭代的过程!” 葛海雄博士指出。

看似迎来了春天,但纳米压印技术需要稳扎稳打才行。

但也不是完全没有突破口。

佳能在纳米压印技术领域的投入,绕开了光刻技术很难攻克的光学系统难题,让纳米压印有了取得更大突破的希望。

葛海雄博士告诉小饭桌:“纳米压印是结合现有的光刻技术去做的,只是光刻最后产生图形的曝光技术由纳米压印来替代。光刻技术的核心之一是复杂的曝光系统。纳米压印与光刻最大的区别是绕开了复杂昂贵的曝光系统,可一次性制作3D的纳米级结构,从而相较光刻技术有着极大成本的优势。

此外,纳米压印技术还具有高产量的优势。通过使用模板压印的方式,可以同时处理多个芯片,实现大规模生产。但是纳米压印先天性的物理接触式结构复制过程,极容易带来缺陷以及对准难的问题,从而需要从材料到工艺,再到设备以及生产环境的多方面配合工作才能解决。

除了在半导体制造领域的应用外,纳米压印技术还被广泛应用于各种领域。

例如,在光学领域,纳米压印技术已经作为虚拟现实交互硬件衍射波导镜片的主流加工方案;在显示领域,纳米压印已经成功用于生产微透镜阵列,金属偏振光栅等众多的产品;

在生物医学领域,纳米压印技术可以用于制造基因测序芯片和组织工程支架等;在能源领域,纳米压印技术可以用于制造高效太阳能电池和燃料电池等;在环境科学领域,纳米压印技术可以用于制造传感器和过滤器等。

纳米压印技术以其独特的优势和广泛的应用前景,对未来微电子发展具有重要意义。

各个环节自主可控,才有话语权

近些年,已经有越来越多的国内企业投身到纳米压印技术相关行业。

如在消费电子行业已有美迪凯、京东方、舜宇集团、凤凰光学、水晶光电、汇创达、歌尔股份等多家上市公司开始在这一方面开展布局。

这些公司开始关注纳米压印技术的时间差不多,发展水平也没有较大差距。

然而,市面上大多同行企业都只做纳米压印技术的其中一环,如宁波天璇新材料科技有限公司专注于上游原材料,有些企业在做相应的光学元件设备,真正能够将纳米压印技术各个环节都掌握在自己手里的,还是少数。

据葛海雄介绍,璞璘科技的优势在于,从原料到技术,再到设备,实现了产业链的自主闭环,不仅在技术上领先,还占据了成本优势。据葛海雄博士介绍,璞璘科技是目前国内市场唯一能集纳米压印设备、材料,工艺为一体的纳米压印高端微纳制造供应商。

光刻技术的核心原材料之一是光刻胶,同样的,纳米压印胶也是纳米压印技术的核心材料与成本之一。

小饭桌注意到,璞璘科技旗下子公司:璞璘材料科技(绍兴)有限公司,专门为市场提供纳米压印技术的全体系压印材料。据了解,该材料公司作为研发和材料生产基地,产品涵盖半导体刻蚀材料、光学材料、功能性材料、过程传递材料等三十余种成熟体系的纳米压印材料。

- 璞璘科技旗下子公司纳米压印材料研发中心 -

其中值得一提的是,“璞璘科技自主研发的紫外光固化纳米压印材料和工艺,在行业内也是遥遥领先的,并且能够针对客户的需求进行定制化生产。”葛海雄说到。

好东西是要分享的,璞璘材料科技(绍兴)有限公司也面向行业内其他企业展开合作。

在设备方面,璞璘科技有针对不同场景的纳米压印设备,科研桌面型,半自动研发型,全自动量产型、以及压印配套设备。

工艺上,除传统的热压印和紫外光固化压印工艺外,璞璘还拥有复合高分子模板复制技术、无残余层纳米压印技术、曲面纳米压印技术、双转移层纳米压印技术、双腔室纳米压印技术等多项自主研发的核心纳米压印工艺。

葛海雄博士表示,将各环节都掌握在自己手里,就不会存在“被卡脖子”的情况。

璞璘科技整体上解决了行业内纳米压印胶依赖国外产品的状况,与此同时,其在工艺、设备和材料的共同研发下,也能够达到各个环节的最佳匹配度。

目前,虽然产品还没有实现量产,但已经开始进入与企业合作打样的阶段。据葛海雄博士透露,目前设备方面的业务占比较高。材料方面涉及危化品许可,所以大规模向市场供应还需要一些时间。

- 通过高精度喷墨打印技术压印的璞璘科技LOGO -

璞璘科技前一轮由峰瑞资本独家投资数千万元的天使轮,计划将资金投入到增加技术人员配置与完善量产型纳米压印设备研发、纳米压印材料产线搭建。


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