行业焦点｜颠覆多个行业生态！纳米压印光刻替代EUV光刻？

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纳米压印技术被称为微纳加工领域中第三代最有前景的光刻技术之一，成为最有可能替代EUV的下一代光刻技术。

对芯片来说，光刻是芯片制造过程中最重要、最复杂也最昂贵的工艺步骤，其成本占总生产成本的30%以上，同时占据了将近50%的生产周期。 近日，有消息披露，SK海力士从佳能引进纳米压印设备，计划在2025年左右使用该设备开始量产3D NAND闪存，目前测试结果良好。另一存储巨头三星为了解决引进多图案工艺导致的成本上升问题，除导入EUV光刻机之外还开发了包括纳米压印技术在内的3-4种解决方案。

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纳米压印光刻VS光学光刻

纳米压印占优

数十年来，在DUV（深紫外）、EUV（极紫外）光刻机的支持下，摩尔定律得到了延续。迭代至今，行业正走向纳米的极限，目前业界依赖的光学光刻也存在其局限性。

光学光刻的SDAP、SAQP工艺是二维图案化解决方案，严重限制了设计布局；而且由于精度有限，想要将更精密的芯片线路曝光出来，还需要采用多重曝光技术；另外，提高光学光刻分辨率主要通过缩短光刻光源波长来实现，尽管光源已从紫外的436nm、365nm缩短到DUV的193nm和EUV的13.5 nm，但在光学衍射极限限制下，分辨率极限约为半个波长。光刻光源波长缩短使得光刻设备研制难度和成本成倍增长，其成本与规模化能力已无法与过去25年建立的趋势相匹配。

基于光学光刻的局限性，业界开始寄望于纳米压印光刻技术。

纳米压印技术（NIL），是一种新型的微纳加工技术。该技术将设计并制作在模板上的微小图形，通过压印等技术转移到涂有高分子材料的硅基板上。纳米压印的分辨率由所用印模板图形的大小决定，物理上没有光刻中的衍射限制，纳米压印技术可以实现纳米级线宽的图形。

可以理解为，纳米压印技术造芯片就像盖章一样，把栅极长度只有几纳米的电路刻在印章（掩膜）上，再将印章盖在橡皮泥（压印胶）上，实现图形转移后，然后通过热或者UV光照的方法使转移的图形固化，以完成微纳加工的“雕刻”步骤。

纳米压印光刻与光学光刻流程对比

与传统的光刻技术相比，纳米压印光刻占有很大的优势：

·制造成本低，能耗少

首先，纳米压印技术不需要复杂的光路系统和昂贵的光源，可以大幅降低制造成本。纳米压印技术在每小时处理80片晶圆和80片晶圆掩模寿命下，相对于其他光刻工艺可降低28%的成本。随着吞吐量增加至每小时90片，并且掩模寿命超过300批次，成本可降低52%。此外，通过采用大场掩模来减少每片晶圆的曝光次数，还可以进一步降低成本。

同时，纳米压印技术只要预先在掩膜上制作好图案，即使是复杂结构也能一次性形成，同时也避免了传统光刻工艺中的多次重复曝光，进一步提升了成本优势。据日经中文网报道，纳米压印能省掉成本巨大的光刻工序的一部分，与极紫外光刻相比，能将该工序的制造成本降低4成，耗电量降低9成。

·工艺相对简单，生产可控性好

纳米压印的模板比光刻机用的掩膜版图案设计更简单，压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胶技术中光源波长、光学衍射的限制和影响。与光刻设备产生的图案相比，它可以以更高的分辨率和更低的线边缘粗糙度 (LER) 再现 5nm 以下的特征尺寸，纳米压印技术再现了更高分辨率和更大均匀性的图案，而且工艺相对简单。

此外，纳米压印技术在三维立体结构加工方面有着它独特的优势，传统的光刻技术都是基于二维平面的加工方式，三维结构获取比较困难，同时可控性较差，但是对于纳米压印技术，只要制作成模板，就可以批量生产三维产品，生产可控性好。

2020年与2021年，纳米压印光刻被列入国际器件与系统路线图（IRDS）中下一代光刻技术主要候选方案之一，评判标准包括分辨率、可靠性、速度和对准精度等。简单、紧凑、成本低、能耗少、生产效率高，有望成为光学光刻的替代工艺。

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纳米压印产业化应用爆发在即

头部企业密集入局

从1995年至今，经过不断的改进和技术突破，纳米压印技术已经被应用到多个领域。现阶段已有许多产品在使用纳米压印技术生产，包括 LED、OLED、AR 设备、太阳能电池、传感器、生物芯片、纳米光学器件、纳米级晶体管、存储器、微流控、抗反射涂层或薄膜、超疏水表面、超滤膜等。目前，纳米压印技术在ITRS中被列为下一代32nm、22nm和16nm节点光刻技术的代表之一。

经过近30年的研究，纳米压印技术已经在许多方面有了新进展，国内外半导体设备制造商、材料商以及工艺商纷纷开始涉足这一领域，纳米压印机的市场规模不断扩大。2021年，全球纳米压印机市场规模达到了108.57百万美元，预计2028年将达到201.92百万美元，2022-2028年复合增长率（CAGR）为9.76%。

目前，日本的佳能（Canon）、奥地利的 EV Group、美国得克赛斯州的 Molecular Imprints Inc.、美国新泽西州的 Nanonex Corp、瑞典的 Obducat AB、德国的 SUSS MicroTec 等公司已出产纳米压印光刻设备，一些纳米压印光刻设备已支持 15nm工艺。 纳米压印光刻的潜力也被全球各国所认可，不仅被普林斯顿大学、德克萨斯大学、哈佛大学、密西根大学、林肯实验室、德国亚琛工业大学等知名大学和机构大力推进，ASML（阿斯麦）、台积电、三星、摩托罗拉、惠普等龙头也持续看好纳米压印光刻的前景，一直在默默加大投入。 与海外发达国家相比，中国纳米压印技术行业起步较晚，但发展势头迅猛。这两年也有不少创业企业获得了资本市场青睐，典型的如天仁微纳，获得了中芯聚源、哈勃投资等头部机构的认可，研发了多款高精度紫外纳米压印设备，适用于DOE、AR/VR衍射光波导、线光栅偏振、超透镜、生物芯片、LED、微透镜阵列等应用领域。

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国际领先的纳米压印设备

与解决方案供应商——天仁微纳

从2015年成立至今，青岛天仁微纳科技有限责任公司已经成为国际领先的纳米压印设备与解决方案供应商，应用包括3D传感（DOE、Diffuser等）、增强现实与虚拟现实（AR/VR）、生物芯片、集成电路、平板显示、太阳能电池、LED等领域。作为国内该领域唯一一家能与欧洲设备公司“掰手腕”的天仁微纳，凭借领先的技术、完善的售后服务和快速的市场应对能力，打入衍射光学器件量产生产线，实现了国产替代。 2022年，天仁微纳完成工商信息变更，新增前海母基金、深创投、山东财金等股东。这是天仁微纳成立以来拿到的第三笔融资。此前，天仁微纳完成由中芯聚源独家战略投资的数千万元A轮融资，进一步扩大市场领先优势。随后又获得华为旗下深圳哈勃的投资。天仁微纳两年内完成三笔融资。 依靠着全球领先的创新技术和设备性能，完善的售后服务，快速的产品迭代，凭借2018年以来微纳光学晶圆级加工生产的市场契机，天仁微纳厚积薄发，打败诸多国际竞争对手，迅速占领了国内超过90%的市场份额，成为该领域市场的领头羊。
 公司利用自有资金，在总部投资建立纳米压印光刻“一站式”中试平台，为有意向购买设备的客户，提供从纳米压印模具制造、产品中试、结构测试表征到工艺项目经验辅导的全方位产品中试服务，帮助客户用最短的时间完成产品研发入门，同时展示了公司的各种设备能力，从产品研发阶段锁定客户设备采购。目前全球范围内只有奥地利一家机构提供类似服务，但是还不包括模具制造服务。 公司通过中试平台的全面服务，使客户在开始调研设备的同时可以同步开始产品研发，大大加快产品研发进程，打消客户对采购设备的疑虑，同时结合很短的设备供货期，大大提高设备销售的竞争力！以AR衍射光波导客户为例，客户产品验证通常要在欧洲外协开模，周期3-6个月，供货期一年以上，客户从产品开模、排期验证，到采购设备、安装调试，整个周期需要2年半以上；在公司中试平台，可以在2周之内完成从模具制造到压印验证的全流程，设备交期只要3个月。

凭借确定性很强的手机3D传感市场与车载光学市场，即将爆发的AR衍射光波导市场以及很多其它应用市场，公司现阶段将精力集中在纳米压印光刻设备及其配套设备和解决方案，利用已建立的先发优势，紧跟市场动态，在资本助力下，建立完善的研发、生产、售后服务与内控机制，加速拉开与后来者差距，在这个细分领域形成绝对碾压，市场的跨越式发展带动公司跨越式发展。

总结

新兴的光刻技术千千万，大部分却都不能满足大规模生产需求。对市场体量较为庞大的芯片行业来说，只要技术的优势能贴合需求即可，而理想的光刻技术应具备低成本、高通量、特征尺寸小、材料和基材独立等特点。目前来看，纳米压印是距离光学光刻最近的那一个。

当光学光刻难以向前时，纳米压印光刻将是最值得期待的路线。随着技术的不断进步，相信它将在未来的芯片制造中发挥更加重要的作用，成为最有可能替代EUV的下一代光刻技术。

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