在半導(dǎo)體制造的最前線，光刻技術(shù)一直是決定芯片性能與制程節(jié)點(diǎn)演進(jìn)的關(guān)鍵瓶頸。荷蘭半導(dǎo)體設(shè)備大廠ASML)憑借深紫外光（DUV）與極紫外光（EUV）光刻機(jī)，建立起幾乎無可撼動(dòng)的市場地位。然而，日本光學(xué)大廠佳能（Canon）正嘗試以另一條路徑突圍，那就是納米壓印（Nanoimprint Lithography，NIL）。這項(xiàng)被視為“非光學(xué)”的新型圖案轉(zhuǎn)印技術(shù)，正被佳能定位為下一代芯片制程的潛在顛覆者。

納米壓印并不是一項(xiàng)新技術(shù)，其概念可追溯至1996 年，最初由美國德州大學(xué)提出，后于2001 年催生商業(yè)化公司Molecular Imprints Inc.（MII）。佳能在2014 年收購MII，正式將NIL 納入其半導(dǎo)體設(shè)備版圖，并推出自家技術(shù)品牌J-FIL（Jet and Flash Imprint Lithography）。

與傳統(tǒng)光刻是通過光學(xué)投影成像有所不同，J-FIL 所采用的是“噴射、閃光與壓印”流程。制程起始于晶圓表面噴射分布光阻劑（光刻膠），用以取代旋涂機(jī)構(gòu)。接著，帶有微細(xì)電路圖案的模板直接壓入液態(tài)光阻劑，再以紫外線閃光固化形成圖案。整個(gè)過程僅需不到一秒完成，且能在室溫下運(yùn)作，大幅降低能耗。

J-FIL 的最大工程亮點(diǎn)之一就是其創(chuàng)新的“i-MAT（干涉莫爾對準(zhǔn)技術(shù)）”。該系統(tǒng)可通過干涉條紋即時(shí)偵測晶圓與模板的對位偏差，并利用16 個(gè)壓電致動(dòng)器進(jìn)行微調(diào)，同時(shí)通過激光加熱修正高階誤差，提升套刻的精度。

就在佳能推動(dòng)NIL 之后，其最大賣點(diǎn)就是在成本與能耗上的顯著優(yōu)勢。首先，NIL 的解析度理論上可媲美、甚至超越ASML的標(biāo)準(zhǔn)型EUV，其極限主要取決于電子束寫入設(shè)備的解析能力。其次，佳能估算，一套四模組J-FIL 設(shè)備的成本僅為ASML EUV 系統(tǒng)的十分之一。即便考慮輸出入量差距（NIL 約每小時(shí)100 片晶圓，EUV 約220 片），其單片制程成本仍約為EUV的四分之一。

至于，在能源效率方面，NIL 也大幅領(lǐng)先。 EUV 需依賴能耗巨大的CO?激光器系統(tǒng)，整機(jī)功率可達(dá)1 兆瓦，而NIL 設(shè)備僅需約100千瓦，能耗降低九成以上。對高能耗的晶圓廠而言，若NIL 能克服量產(chǎn)瓶頸，將在制造成本與碳排放上帶來雙重利多。

盡管發(fā)展與應(yīng)用潛力巨大，但業(yè)界普遍認(rèn)為NIL 與實(shí)際量產(chǎn)仍有顯著距離。其關(guān)鍵在于兩項(xiàng)難題，也就是壓印的模板壽命與缺陷控制。由于NIL 直接壓印晶圓，模板上的微米級(jí)、甚至奈米級(jí)結(jié)構(gòu)極其脆弱。目前量產(chǎn)測試顯示，其模板壽命僅能支撐壓印約50 片晶圓，遠(yuǎn)不及光學(xué)掩模的10 萬片級(jí)壽命。佳能聲稱新設(shè)計(jì)可延長十倍，但業(yè)界實(shí)測結(jié)果仍不理想。

更嚴(yán)重的是，模板上任何微小缺陷都會(huì)被復(fù)制到所有晶圓上，造成嚴(yán)重“重復(fù)缺陷”問題。由于NIL 模板壽命短、成本高、檢測耗時(shí)，幾乎無法逐一檢查。若要為一條完整NIL 生產(chǎn)線配備足夠的檢測機(jī)臺(tái)，所需產(chǎn)能相當(dāng)于全球掩模檢測設(shè)備一整年的供應(yīng)量，經(jīng)濟(jì)效益明顯不符。

此外，NIL 范本制作流程本身也極度復(fù)雜。與光學(xué)曝光可放大4 倍不同，NIL 需以1 倍尺寸刻寫“主模板→子模板→工作模板”，每一步都可能產(chǎn)生缺陷。對于20nm以下特征尺寸，則需要依賴最先進(jìn)的多光束電子束寫入機(jī)（MBMW）支持，其成本與良率壓力顯著。

另外，除模板問題外，NIL 的套刻精度與產(chǎn)能仍落后ASML 的EUV 系統(tǒng)。由于佳能采用單晶圓臺(tái)架構(gòu)，無法同時(shí)執(zhí)行測量與壓印。因此，最高產(chǎn)能僅約每小時(shí)25 片晶圓。 i-MAT 對準(zhǔn)系統(tǒng)目前僅能在晶圓邊緣讀取少量對準(zhǔn)標(biāo)記，無法像ASML 的Twinscan 架構(gòu)那樣同時(shí)分析全晶圓誤差。

在具有以上先天應(yīng)是缺陷情況下，即便潛在客戶如鎧俠（Kioxia）、美光等雖對NIL 表示興趣，但在技術(shù)研討會(huì)與公開場合的發(fā)言仍顯保守。此外，多家存儲(chǔ)廠商代表直言，NIL的先天缺陷仍是最大挑戰(zhàn)、模板成本與壽命限制了大量 生產(chǎn)可行性。業(yè)界整體看法傾向認(rèn)為，NIL 短期內(nèi)難以進(jìn)入主流先進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)。

整體來說，從理論角度看，NIL 集結(jié)了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)夢寐以求的優(yōu)勢，包括解析度高、能耗低、成本低、無隨機(jī)光子誤差。然而，若無法從根本上解決光罩機(jī)械強(qiáng)度與缺陷復(fù)制問題，這項(xiàng)技術(shù)恐將停留在實(shí)驗(yàn)室層面。

另外，正如業(yè)界人士形容，NIL 就像一只設(shè)計(jì)完美的精密鐘表，性能與成本都遠(yuǎn)勝競品。但關(guān)鍵齒輪卻是玻璃制的。所以，看似完美，卻撐不過實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)。目前，佳能仍持續(xù)投入研發(fā)，并嘗試以NIL 技術(shù)開拓記憶體與顯示驅(qū)動(dòng)IC 等中階制程應(yīng)用。若能逐步提升光罩耐用度與量產(chǎn)穩(wěn)定性，NIL 仍有機(jī)會(huì)在特定應(yīng)用市場立足。然而，在短期內(nèi)，ASML 的EUV 霸權(quán)仍舊仍難撼動(dòng)，也使得NIL 的顛覆性潛力仍需更多時(shí)間證明。