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彎道超車,半導體制造將不再卡脖子

賈紫璇 10月30日 熱點
納米技術會威脅到 AMSL 嗎?

作者丨賈紫璇 

編輯丨張麗娟 

近日,佳能宣布啟動FPA-1200NZ2c納米壓印半導體制造設備的消息一出來,給國內外的納米壓印技術行業帶來了極大的鼓舞。

受制于光刻龍頭 ASML 時間太久,佳能納米壓印技術的突破,是這兩家公司博弈的轉折,也是兩種技術在市場上競爭關系的轉變。

多年來,在半導體、AR 、VR等領域,傳統光刻技術一直占據主導地位。

這也不足為奇。畢竟光刻技術自 90 年代中期沖破發展瓶頸后,至今已經將技術發展到了極致。而在此過程中,不斷研發和推進技術進步的 ASML 也成為光刻技術行業的絕對龍頭。這也造成了光刻技術國內外發展不均衡的現狀。

然而,納米壓印技術的發展,似乎正在悄悄打破這一局面。

與光刻技術的長發展歷史不同,納米壓印技術是在 1995 年被美籍華人、美國工程院院士周郁(Stephen Y. Chou)發明出來,至今也僅有不到 30 年的發展過程。

疊加光刻技術足夠成熟而帶來的“市場封鎖”,納米壓印技術在國內外都處于發展較為早期的階段,也不存在明顯的發展不均衡狀態。

師從周郁的葛海雄博士擁有 20 年的技術積累,針對這個技術缺口,與合伙人鄧萌萌共同在 2017 年創立了璞璘科技(杭州)有限公司(以下簡稱:璞璘科技),致力于推動國內納米壓印技術的發展。如今,璞璘科技已經發展成了一家集技術、設備、材料為一體的納米壓印高端微納制造商,與半導體、光電、醫學生物、顯示、車載電子等行業龍頭企業建立了深度合作。

葛海雄博士告訴小飯桌,“隨著佳能公司的引領示范效應與產業對納米壓印技術的需求,相信近幾年國內的納米壓印技術會有長足的發展?!?/span>

技術引領的背后是長時間的積累與沉淀

佳能今天的成績,源于佳能本身作為DUV光刻的頭部企業,在半導體以及高端微納制造產業中有著充足的積累和沉淀。

此外,佳能在2004 年就開始投入納米壓印技術研發,并于 2014 年進一步收購了美國納米壓印公司Molecular Imprints,經過近10年的積累成為全球納米壓印技術的引領者。

從而可見技術引領的背后是長時間的積累與沉淀。

和葛海雄博士聊下來會發現,對納米壓印技術的積累和專注,是他對于創立璞璘科技,以及深耕納米壓印技術的信心和底氣來源。

葛海雄博士早年師從納米壓印技術發明人,20年前在普林斯頓大學與合作伙伴們一起發展的紫外光固化納米壓印材料、工藝與5納米以下的壓印分辨率,時至今日仍然是納米壓印領域的技術巔峰。

作為國內最早開展納米壓印技術研究的學者之一,2004年葛海雄博士從美國回到國內繼續開展納米壓印研究。經過20余年的耕耘,葛海雄博士團隊在納米壓印領域發展了多項原創型的成果,已經進入納米壓印的無人區。

“單純仿造國外技術是無法實現技術突破和超越的” ,葛海雄博士告訴小飯桌。

納米壓印行業在過去20年經歷了數次起伏,即使看好技術的未來,在行業遇到停滯不前的困境逼著大家坐“冷板凳”時,總會有一些人選擇離開,這是前沿技術在早期發展中不可避免的。“工匠精神”是葛海雄在整個談話過程中始終強調的,但聊到創業路,葛海雄也承認要想遇到志同道合的人非常不容易。

他給小飯桌講了自己曾經的一次“創業失敗”經歷。

2012年前后,納米壓印技術在LED芯片應用場景有著相應的發展前景,即在藍寶石襯底上用納米壓印技術替代光刻制備微納米圖案,在大幅提高藍寶石的發光效率的同時還可以將生產成本降低至光刻成本的二分之一。

彼時有一家蘇州的上市公司想要做技術升級,剛好也對這項技術感興趣,于是主動向葛海雄博士提出投資成立相關業務公司,專門研發納米壓印制作LED圖案化藍寶石襯底的技術并投入量產。

經過長時間的溝通與交流,葛海雄博士被說動了,開始組建團隊,完成了小試和中試后,該公司卻沒有如約進行投資。葛海雄向小飯桌講述,后來該公司現金流出現嚴重的問題導致這家研究藍寶石襯底的創業公司也“中道崩殂”。

葛海雄告訴小飯桌,在技術層面,“與極少數依靠一份篇幅精彩的 PPT融資的項目不同,我們的技術路線是經過長時間積累和打磨的,是時候到產業上去摸爬滾打一番了?!?/span>

璞璘科技CEO鄧萌萌告訴小飯桌,如今璞璘科技10余位核心技術人員,都是對納米壓印技術研發有著極大的熱情的伙伴,是堅持著“工匠精神”的同行者,是志同道合的創業伙伴。此外,公司部分成員還兼具多年經營管理經驗,璞璘科技正在打造一支“未來可期”的團隊。

納米壓印技術還要穩扎穩打

有了技術團隊和工匠精神,納米壓印技術如何才能在光刻技術的“統治”下彎道超車?

由于光刻和納米壓印兩種技術的應用場景高度重合,那么一方發展的足夠成熟,另一方就很可能會受到限制。“納米壓印技術想要快速發展并切入與光刻同一個市場是很難的,需要大量的時間、資金、人力投入?!备鸷P鄄┦扛嬖V小飯桌。

但換個角度思考,在這種狹小的空間下,納米壓印技術仍然可以存活 20 多年,也足以證明其技術是充滿生命力的。

葛海雄博士提到:對標光刻技術的先進與極致,納米壓印技術從它誕生起就不乏懷疑、貶低、甚至否定之聲,延續至今。

然而大多數人不知道的是,佳能納米壓印技術的提出者C.G. Wilson教授正是四十多年前化學放大光刻膠的主要發明人之一,而化學放大光刻膠是當下主流光刻技術量產的關鍵材料,沒有化學放大光刻膠很有可能就沒有今天的光刻技術。

目前,全球各個芯片制造企業都在積極研究NIL納米壓印技術,并已經開始進行實際應用。數據顯示,2022年全球納米壓印技術市場規模達到22.9億美元,預計2029年有望突破50億美元。

當然,尚處于早期成長階段的納米壓印技術在產業化上還遠不夠成熟,目前最重要的是上下游的磨合與配合,發展出適合產業需求的納米壓印技術。

- 璞璘科技在光學器件中的壓印成果展示 -

在行業對技術具體實現、工藝需求、設備形態還缺乏共識的時候,少數企業容易偏樂觀地將一些并不契合其自身需求的 “量產成熟”納米壓印設備著急引入研發及產線,到頭來這些設備往往會束縛其本身的產品迭代更新。

納米壓印技術在產業中應用是需要一個循序漸進的過程,并不是單純靠著單一的設備、材料、工藝就能完成產品研發和生產,是需要供應商與生產廠家長期合作,相互迭代的過程!” 葛海雄博士指出。

看似迎來了春天,但納米壓印技術需要穩扎穩打才行。

但也不是完全沒有突破口。

佳能在納米壓印技術領域的投入,繞開了光刻技術很難攻克的光學系統難題,讓納米壓印有了取得更大突破的希望。

葛海雄博士告訴小飯桌:“納米壓印是結合現有的光刻技術去做的,只是光刻最后產生圖形的曝光技術由納米壓印來替代。光刻技術的核心之一是復雜的曝光系統。納米壓印與光刻最大的區別是繞開了復雜昂貴的曝光系統,可一次性制作3D的納米級結構,從而相較光刻技術有著極大成本的優勢。

此外,納米壓印技術還具有高產量的優勢。通過使用模板壓印的方式,可以同時處理多個芯片,實現大規模生產。但是納米壓印先天性的物理接觸式結構復制過程,極容易帶來缺陷以及對準難的問題,從而需要從材料到工藝,再到設備以及生產環境的多方面配合工作才能解決。

除了在半導體制造領域的應用外,納米壓印技術還被廣泛應用于各種領域。

例如,在光學領域,納米壓印技術已經作為虛擬現實交互硬件衍射波導鏡片的主流加工方案;在顯示領域,納米壓印已經成功用于生產微透鏡陣列,金屬偏振光柵等眾多的產品;

在生物醫學領域,納米壓印技術可以用于制造基因測序芯片和組織工程支架等;在能源領域,納米壓印技術可以用于制造高效太陽能電池和燃料電池等;在環境科學領域,納米壓印技術可以用于制造傳感器和過濾器等。

納米壓印技術以其獨特的優勢和廣泛的應用前景,對未來微電子發展具有重要意義。

各個環節自主可控,才有話語權

近些年,已經有越來越多的國內企業投身到納米壓印技術相關行業。

如在消費電子行業已有美迪凱、京東方、舜宇集團、鳳凰光學、水晶光電、匯創達、歌爾股份等多家上市公司開始在這一方面開展布局。

這些公司開始關注納米壓印技術的時間差不多,發展水平也沒有較大差距。

然而,市面上大多同行企業都只做納米壓印技術的其中一環,如寧波天璇新材料科技有限公司專注于上游原材料,有些企業在做相應的光學元件設備,真正能夠將納米壓印技術各個環節都掌握在自己手里的,還是少數。

據葛海雄介紹,璞璘科技的優勢在于,從原料到技術,再到設備,實現了產業鏈的自主閉環,不僅在技術上領先,還占據了成本優勢。據葛海雄博士介紹,璞璘科技是目前國內市場唯一能集納米壓印設備、材料,工藝為一體的納米壓印高端微納制造供應商。

光刻技術的核心原材料之一是光刻膠,同樣的,納米壓印膠也是納米壓印技術的核心材料與成本之一。

小飯桌注意到,璞璘科技旗下子公司:璞璘材料科技(紹興)有限公司,專門為市場提供納米壓印技術的全體系壓印材料。據了解,該材料公司作為研發和材料生產基地,產品涵蓋半導體刻蝕材料、光學材料、功能性材料、過程傳遞材料等三十余種成熟體系的納米壓印材料。

- 璞璘科技旗下子公司納米壓印材料研發中心 -

其中值得一提的是,“璞璘科技自主研發的紫外光固化納米壓印材料和工藝,在行業內也是遙遙領先的,并且能夠針對客戶的需求進行定制化生產?!备鸷P壅f到。

好東西是要分享的,璞璘材料科技(紹興)有限公司也面向行業內其他企業展開合作。

在設備方面,璞璘科技有針對不同場景的納米壓印設備,科研桌面型,半自動研發型,全自動量產型、以及壓印配套設備。

工藝上,除傳統的熱壓印和紫外光固化壓印工藝外,璞璘還擁有復合高分子模板復制技術、無殘余層納米壓印技術、曲面納米壓印技術、雙轉移層納米壓印技術、雙腔室納米壓印技術等多項自主研發的核心納米壓印工藝。

葛海雄博士表示,將各環節都掌握在自己手里,就不會存在“被卡脖子”的情況。

璞璘科技整體上解決了行業內納米壓印膠依賴國外產品的狀況,與此同時,其在工藝、設備和材料的共同研發下,也能夠達到各個環節的最佳匹配度。

目前,雖然產品還沒有實現量產,但已經開始進入與企業合作打樣的階段。據葛海雄博士透露,目前設備方面的業務占比較高。材料方面涉及?;吩S可,所以大規模向市場供應還需要一些時間。

- 通過高精度噴墨打印技術壓印的璞璘科技LOGO -

璞璘科技前一輪由峰瑞資本獨家投資數千萬元的天使輪,計劃將資金投入到增加技術人員配置與完善量產型納米壓印設備研發、納米壓印材料產線搭建。


本文是小飯桌原創文章,作者:賈紫璇,如需轉載請注明出處。
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