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佳能

佳能株式会社(日语:キヤノン株式会社,英语:Canon),是一家生产影像、光学仪器、医疗设备、半导体工业设备和办公自动化产品的日本企业制造商,产品包括照相机、摄影机、影印机、传真机、影像扫描器、打印机、眼科及X光成像设备、电影摄影机和镜头、半导体曝光机等。

佳能的主要竞争对手包括三星、尼康、索尼、奥林巴斯、柯尼卡美能达、富士软片、徕卡、宾得士、爱普生、柯达、惠普、施乐等。

根据佳能的官方网站指出,在1934年夏天,该公司开发了他们的第一台相机“Kwanon”。该名称来自日语“观音”历史的假名遣“くゎんおん”之直接转写。Kwanon之所以采用与“观音”相同的发音,是因公司创办人吉田五郎(1900-1993年)笃信佛教,他期许大慈大悲的观世音菩萨加持,能创造出世界上最好的相机。相机的标志,采用了千手观音坐姿的画像,相机的镜头则以佛陀的阿罗汉弟子“迦叶波”命名,叫Kasyapa。

在吉田五郎因故离开“精机光学研究所”后,内田三郎、前田武男及其他人士共同决定以发音相近的“Canon”取代“Kwanon”,一则可以减除宗教意味,另外,“Canon”比“Kwanon”更像英文,易于将产品推入世界市场。1935年6月,精机光学申请以“Canon”作为商标。Canon 中文名为“佳能”,香港曾用“锦囊”为名,现在全球统一中文译名为“佳能”。

像佳能这种公司的业务线相对庞杂,而且很多产品都还很知名,比如说相机、摄影镜头、打印机这些消费电子产品。实际上,和芯片与显示面板制造相关的光刻机、FPD曝光机、OLED蒸镀机等一众光学设备产品,这次并未出现在佳能的展台上,毕竟那都是大件。佳能就这些技术展示了一些下游合作伙伴的产品,比如说折叠屏手机、OLED显示屏等。

从佳能2021财年(截至2021年12月31日)年报来看,这家公司全年净销售额(net sales)3.5134万亿日元(约合305.51亿美元),同比增长11.2%;营业利润(operating profit)2819.18亿日元(约合24.51亿美元)——同比增幅达到了155.0%,还是相当契合去年行业的牛市。

这家公司的业务,从大方向可以分成打印(printing group)、影像(imaging group)、医疗(medical group)、工业与其他(industrial and others group)。佳能在消费电子市场最知名的,应该就是打印机和成像设备了——后者包括单反、无反相机、摄影镜头、网络摄像头、多媒体投影机等。

佳能光刻机

佳能在今年进博会上介绍的,是自家的i-line和KrF光刻机——面向各种类型的芯片,而且不仅是狭义的芯片制造,也包括一些现代化的封装技术。比如FPA-5520iV半导体i-line步进式光刻机也做晶圆级封装——主要针对一些多die封装过程中,比如SiP封装的substrate里面走线的RDL层;3D封装中我们经常听到的TSV硅通孔。这些部分也需要微米、亚微米级别的线宽,自然就需要光刻机参与。

还有像是FPA-3030i5a面向的是8英寸及以下尺寸晶圆的光刻机,当代碳化硅、氮化镓器件制造需要用到;以及FPA-3030EX6这种KrF光刻机,支持模拟芯片制造;FPA-6300ES6a则更多用于大规模生产DRAM、闪存等存储设备(也支持各类传感器、微处理器制造)。

牧野晶说光刻机的应用远不仅限在数字芯片制造的尖端工艺上。“像碳化硅这种化合物基板,就和主流硅基晶圆不同。材质上有差异,对于光刻机的要求也就不一样。在这个领域,我们就有很多解决方案。”“还有在半导体制造后端的先进封装,这部分对光刻机的需求也很高,我们在这方面就有很多的应用。”牧野晶说,“more than Moore还有很多广泛的应用。在这些领域内,佳能会更新产品线,满足客户需求,相信我们的市场会越来越大。”

其实从佳能提供的这些光刻机种类,也很容易理解,佳能光刻机业务的营收潜力巨大;尤其是在节能、减碳的大趋势下——这对半导体整个产业而言都是营收增长点,尤其一些功率器件。

相关半导体光刻机的部分,这次佳能于进博会期间介绍的技术和产品,有两点是我们认为格外值得一提的。

首先是近期佳能在推一个叫Lithography Plus的半导体光刻机解决方案平台。佳能在介绍中说是基于技术积淀、海量制造数据,“在提升设备维护运转率的同时,能够实现半导体制造工艺的优化,通过技术与数据优势,提升光刻机的生产效率”。

听起来颇有点“计算光刻”的意思,虽然不清楚有没有应用AI之类的技术。牧野晶说,这一平台的功能很多,像是“针对工厂复数台设备,比如8台、10台,可以做设备统一管理。”“简单总结:按照目的来分类,一个目的是提高生产性能,另一个目的是提高良率;从生产线角度,则做到一是让设备不要有故障,另一个是即使发生故障也能让设备很快恢复,最终做到让设备维持运作的状态时间越来越长。”

缩减客户停机时间或尽可能不停机,似乎是各类设备制造商一直以来的目标,尤其是此类精密设备。而在提升良率的部分,“光刻机的菜单里面有很多参数,有些参数需要做精细调整。”牧野晶说,“把参数调好,才能发挥设备100%的效力。当然这也不光是设备的问题,还和材料和其他周边相关。”而Lithography Plus的存在就是解决这些问题的,基于过往经验和大量数据的汇总,“我们会给客户提供推荐,通过这个平台告诉客户做这样的产品、可能这样设定比较好,能节省客户很多的时间。”

另外值得一提的是,佳能在做一种“纳米压印”光刻技术——达成光刻的方法和“光学曝光完全不一样”,“类似于盖章,没有复杂的光学元器件”,不是通过图案mask(掩模板)后微缩曝光,而是一种“等比例”的技术,“reticle上面是多少纳米,压在晶圆上面就是多少纳米”;同时,“纳米压印的图案每一层都一次压印成形,不像传统光刻会用到SADP/SAQP(多重曝光)等复杂工艺”。

其特点在于制造成本更低,而且耗电量也远低于EUV光刻机

佳能光刻机将采用NIL技术控制成本并生产15nm芯片

佳能在上世纪输出还是很猛的,在1970年发售了日本首台半导体光刻机PPC-1;1975年发售的FPA-141F光刻机,在世界上首次实现了1微米以下的光刻;1984年推出了FPA-1500FA,分辨率为 1.0 μm;1994 年发布第一款 FPA-3000 系列,配备了分辨率为 0.35 μm 的 i-line 镜头,是当时世界上分辨率最高的镜头之一。

算了算,今年是佳能正式投入半导体光刻机领域的第52周年,在上世纪被著名的干湿路线之争绊了一跤之后,佳能就有些赶不上ASML的步伐了。如今,佳能专注于低端产品,官网显示,佳能出售的光刻机涉及i-line到KrF级别,并没有浸入式光刻机,与EUV光刻机区别就在于光源波长的不同,EUV 技术所使用的光源波长为13·5纳米,而KrF技术则是248纳米,i线光源波长是365纳米。众所周知,对于光刻机来说,所用光源波长越短,越能描绘微细线宽的半导体电路。所以能感受到两者之间的差距了吧。

虽然佳能光刻机低端,但近期热度却不小,据华尔街日报去年年底报道,1995年制造的二手光刻机佳能FPA3000i4,在2014年10月只值10万美元,今天则值170万美元。佳能日前公布的财报也指出安全摄像头以及光刻机推动业绩打仗,随着半导体设备投资的增加,佳能的光刻机业务还会持续增长。

不过“啃老”总归不长久,创新才是真的出路。在EUV领域想要赶超ASML几乎是不可能的了,那不如就换个方向,而佳能选中的就是“纳米压印光刻(NIL)”。佳能官方对NIL是这么介绍的,这种方法具有简单、紧凑、能够以低成本制造芯片的优点。

确实,相比EUV光刻机复杂的结构以及难以提高生产率,NIL 只需要将形成三维结构的掩膜压在晶圆上被称为液体树脂的感光材料上,同时照射光线,一次性完成结构的转印的方法。不需使用EUV光刻机,也不需要使用镜头,而且还可以将耗电量可压低至EUV技术的10%,并让设备投资降低至仅有EUV设备的40% ,可以说是“省钱小能手”。

官方消息显示,佳能早在2004 年就开始研发NIL技术,2014年美国分子压印公司(现佳能纳米技术)加入佳能集团的消息公开,明确表示将使用纳米压印法进行开发。2021 年春季,大日本印刷在根据设备的规格进行了内部模拟,发现在电路形成过程中每个晶片的功耗可以降低到使用EUV曝光时的大约1/10,根据大日本印刷的说法,NIL量产技术电路微缩程度则可达5nm节点。2017 年 7 月,佳能纳米压印半导体制造设备“FPA-1200NZ2C”设备交付给东芝存储器四日市工厂。

东芝存储器四日市工厂调整纳米压印半导体制造设备“FPA-1200NZ2C”

日本佳能光刻机
日本佳能光刻机

在佳能开发人员首藤真一看来,这种纳米压印设备是一种将创造未来的设备。未来,半导体会变得更精细,不仅会被封装在智能手机中,未来还会被用作贴纸,比如贴在人体皮肤上或隐形眼镜上。他相信只有纳米压印方式才能以客户要求的成本和速度实现这一点。

从目前透露的消息来看,和佳能共同开发的NIL技术的铠侠已掌握NIL 15nm的制程量产技术,目前正在进行15nm以下技术研发,预计2025年进一步达成。不过佳能方面还未透露出设备量产的消息,实用化的时期还不明确,我们可以期待下。

没有技术封锁,为何日本尼康、佳能也造不出EUV光刻机?

目前全球唯一能够制造EUV光刻机的厂商,只有一家,那就是荷兰的ASML。

但事实上,全球的光刻机厂商不只ASML一家,不说中国的光刻机厂商,仅日本就有两家,分别是尼康、佳能。

这两家还是大名鼎鼎,在ASML刚诞生时,尼康、佳能可是大哥,ASML是小弟,只能仰望着尼康、佳能。

ASML光刻机
ASML光刻机

直到后来,ASML在台积电的启发下,研制出了以水为介质的浸润式光刻机,才一路崛起,最后把尼康、佳能踩在了脚下。

后来ASML搞出了EUV光刻机后,尼康、佳能也就只搞些中、低端光刻机,不再与ASML争锋了。

这让很多人很奇怪,论技术实力,资金实力,尼康、佳能不会比ASML差,更关键的是尼康、佳能也没有被技术封锁,为何就是搞不出EUV光刻机呢?

日本尼康光刻机介绍
日本尼康光刻机介绍

其实主要有两个原因,一个是事实上的技术垄断。

虽然尼康、佳能没有被技术封锁,似乎想要买什么设备、需要什么样的技术,都可以得到,但ASML早做了大量的准备,将蔡司、Cymer、TRUMPF这些核心技术公司,通过合作、独家供应,成立科技机构等手段,捆绑在了一起。

尼康、佳能其实很难拿到蔡司、Cymer、TRUMPF公司的技术等,这就造成了事实上的垄断,尼康、佳能也没办法,毕竟EUV光刻机,不是一家厂商或者几家厂商可以搞定。

另外一个是市场大小决定的。

EUV光刻机看起来非常重要,但其实际市场需求并不大,以ASML为例,2021年也仅卖出42台EUV光刻机,从EUV光刻机推出到2021年底,已经有7年,但一共也只卖出132台EUV光刻机。

市场需求就在这里,决定了整个EUV光刻机的利润也只有这么大,一这ASML还能够活得滋润,但如果尼康、佳能都搞出了EUV光刻机,三家厂商竞争,估计大家都赚不到什么钱了。

目前最先进的ASML公司 TWINSCAN NXE:3300B
目前最先进的ASML公司 TWINSCAN NXE:3300B

所以对于尼康、佳能而言,研发出EUV光刻机,也并不能带来多少利润,反而承担的风险特别大,比如投入了巨额资金,又研发失败怎么办,研发出来了,卖不出多少台,亏本怎么办?

毕竟尼康、佳能所处的环境不一样,日本作为美国的小弟,EUV光刻机不会被卡,所以不像中国厂商,必须自研才有出路,对于尼康、佳能而言,则不一样了。

所以我们在努力的研发光刻机,一定要搞出EUV光刻机,但对于尼康、佳能而言,则没有那么迫切,所以也没有下定决心去研发。

 

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