繞開EUV光刻，下一代納米壓印光刻技術(shù)從存儲領(lǐng)域開始突圍

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）提及芯片制造技術(shù)，首先想到的自然是***和光刻技術(shù)。眾所周知在芯片行業(yè)，光刻是芯片制造過程中最重要、最繁瑣、最具挑戰(zhàn)也最昂貴的一項工藝步驟。在***的支持下，摩爾定律得以延續(xù)。

在高速增長的半導(dǎo)體市場里，半導(dǎo)體制造商們不斷創(chuàng)新，芯片集成度越來越高，對光刻技術(shù)也提出了越來越高的要求。隨著芯片集成度的與日俱增正在對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈帶來前所未有的挑戰(zhàn)，制造商們渴求更高效、更低成本的制造技術(shù)。

在這種背景下，納米壓印技術(shù)成了備受期待有望替代EUV的新興芯片制造技術(shù)。

光刻技術(shù)路線演進，納米壓印技術(shù)繞開EUV***

摩爾定律指示了提高每個芯片中的晶體管數(shù)量降低計算成本的路線，光刻技術(shù)的演進也圍繞著實現(xiàn)更高的晶體管密度和更低的成本。每一代光刻技術(shù)的大更迭都對***等設(shè)備和材料提出了新挑戰(zhàn)。

自1985年436nm波長的g-Line起，到波長為365nm的i-Line時期，波長為248nm的KrF時期，再到2000年初波長為193nm的ArF時期?，F(xiàn)在則是波長為13.5nm的EUV時期?，F(xiàn)如今憑借EUV以及High-NA EUV，ASML獨霸高端***市場，在行業(yè)內(nèi)一騎絕塵。

但大家都知道，EUV***產(chǎn)能有限而且成本高昂，業(yè)界一直都在探索可以繞開EUV***生產(chǎn)高端芯片的技術(shù)和工藝。下一代光刻技術(shù)納米壓印技術(shù)（NIL）開始備受關(guān)注，成為最有機會替代EUV的光刻技術(shù)路線。

納米壓印技術(shù)是通過光刻膠輔助，將模板上的微納結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到待加工材料上的技術(shù)，其概念最早在1995年由華裔科學(xué)家周郁提出。從其命名就可以看出，這種技術(shù)手段的加工尺度在納米級，實現(xiàn)該技術(shù)的手段是通過壓印。EUV等傳統(tǒng)的光刻技術(shù)，想要實現(xiàn)更高的分辨率，無外乎從三個層面著手——選用更小波長的光源、通過界面材料提高數(shù)值孔徑NA值以及通過獲取更低的工藝因子，其中主要的實現(xiàn)手段是縮短光源波長。

而納米壓印的加工過程不使用可見光或紫外光加工圖案，而是使用機械手段進行圖案轉(zhuǎn)移，所以能實現(xiàn)的分辨率完全不會受到光學(xué)光刻最短曝光波長的物理限制。傳統(tǒng)光學(xué)光刻存在分辨率極限，光刻光源波長的每一次縮短背后是研制難度和成本的成倍增長，而納米壓印分辨率只與模板圖案的尺寸相關(guān)，能做到高于傳統(tǒng)光刻的分辨率。經(jīng)過幾十年的技術(shù)演進，納米壓印目前有三大類，熱壓印、紫外壓印和軟壓印。

納米壓印使用模板，設(shè)計好后的模板可以反復(fù)使用，大大降低了加工成本也方便進行量產(chǎn)?，F(xiàn)在納米壓印可用的模板已經(jīng)十分多樣，加工精度高的剛性模板、彈性模量較高的柔性模板、復(fù)合納米壓印模板都有各自的優(yōu)勢。

據(jù)日經(jīng)中文網(wǎng)報道，納米壓印能與極紫外光刻相比，能將該工序的制造成本降低四成，耗電量降低九成，佳能的研究則顯示其納米壓印光刻在吞吐量為80片時相對ArF光刻工藝可降低28%的成本，隨著吞吐量增加成本降低幅度可達到50%以上。該技術(shù)在植入芯片制造產(chǎn)業(yè)過程中也不會過于繁瑣，只需要將光刻步驟替換為納米壓印，其他工藝步驟是完全兼容的。

攪動光刻市場，納米壓印市場正在逐漸壯大

隨著行業(yè)發(fā)展，DUV、EUV***的系統(tǒng)復(fù)雜度、技術(shù)瓶頸和成本問題等日益突出，沉寂許久的納米壓印技術(shù)在近年來又迎來了新的關(guān)注。這也得益于納米壓印技術(shù)產(chǎn)業(yè)在技術(shù)工藝上的不斷突破，隨著工藝進一步成熟，下游應(yīng)用領(lǐng)域需求開始增多，納米壓印技術(shù)正走向大面積產(chǎn)業(yè)化的階段。

根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2023—2028年中國納米壓印技術(shù)（NIL）行業(yè)市場深度調(diào)研及發(fā)展前景預(yù)測報告》顯示，2022年全球納米壓印技術(shù)市場規(guī)模達到22.9億美元，同比增長13.6%。TechNavio的相關(guān)數(shù)據(jù)則預(yù)測納米壓印市場將以年復(fù)合增長率17.74%增長至2026年的33億美元。

目前，不少科研機構(gòu)和廠商都加大了納米壓印上的投入。國外廠商如Canon、EV Group、Nanonex Corp、Obducat AB、SUSS MicroTec等公司已出產(chǎn)納米壓印光刻設(shè)備。

Canon一直在以納米壓印技術(shù)打造下一代nm級的***，市面上也一直有Canon將納米壓印技術(shù)用于量產(chǎn)存儲芯片的新聞，根據(jù)相關(guān)報道其納米壓印設(shè)備的套刻精度，吞吐量等參數(shù)指標均處于行業(yè)領(lǐng)先位置。根據(jù)Canon的相關(guān)報道，預(yù)計到2025年，Canon將進一步研發(fā)出生產(chǎn)5納米芯片的設(shè)備。

奧地利設(shè)備廠商EV Group也在納米壓印技術(shù)上走在行業(yè)前列，旗下納米壓印系統(tǒng)結(jié)合了調(diào)準平臺改進、高精度光學(xué)、多點間隙控制、非接觸式間隙測量和多點力控制等技術(shù)，有著業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的調(diào)準精度。

國內(nèi)也有不少廠商在納米壓印賽道上加緊布局，如青島天仁微納、蘇州蘇大維格、歌爾股份、蘇州光舵微納、昇印光電、新維度微納、埃眸科技等。

獲得華為哈勃青睞的國內(nèi)頭部廠商天仁微納目前產(chǎn)品涵蓋整機設(shè)備、模具、壓印材料，研發(fā)了多款高精度紫外納米壓印設(shè)備，已經(jīng)實現(xiàn)最大150／300mm基底面積上高精度（優(yōu)于10nm ）、高深寬比（優(yōu)于10比1）納米結(jié)構(gòu)復(fù)制量產(chǎn)。

圖源：天仁微納

蘇大維格此前也表示納米壓印設(shè)備除自用及向國內(nèi)外高校及科研院所銷售外，已經(jīng)開始向企業(yè)拓展，除了相關(guān)關(guān)鍵器件，蘇大維格根據(jù)客戶需要開始向半導(dǎo)體領(lǐng)域企業(yè)相關(guān)客戶提供納米壓印設(shè)備整機。

蘇州光舵微納同樣致力于納米壓印設(shè)備及技術(shù)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用，已研發(fā)制作出多款納米壓印設(shè)備、配套工藝和耗材，并成功推出全自動量產(chǎn)型納米壓印設(shè)備。

國內(nèi)外廠商迅猛的發(fā)展勢頭大大加快了納米壓印技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化量產(chǎn)的腳步，雖然在芯片制造領(lǐng)域這一技術(shù)仍還有不少短板需要補足，還要面對納米壓印光刻牽扯出來的配套工藝、設(shè)備、材料等問題，但其前景無疑是光明的。

納米壓印發(fā)揮芯片制造優(yōu)勢，從存儲芯片開始

在芯片制造領(lǐng)域，目前最契合納米壓印技術(shù)的，就是存儲芯片，尤其是3D NAND、DRAM等存儲芯片。從納米壓印設(shè)備頭部廠商Canon規(guī)劃的納米壓印設(shè)備路線圖來看，納米壓印應(yīng)用將從3D NAND存儲芯片開始，逐漸過渡到DRAM，最終實現(xiàn)CPU等邏輯芯片的制造。

存儲廠商在芯片制造上對成本把控極為嚴苛，同時設(shè)計的余量可以承受一定的缺陷而不影響成品率，放寬對缺陷的要求，所以目前已經(jīng)有不少存儲廠商計劃使用納米壓印技術(shù)來制造存儲芯片。

凱俠、東芝等日系存儲廠商很早便開始布局納米壓印技術(shù)。此前SK海力士也報道從Canon引進納米壓印設(shè)備，并計劃在2025年左右使用該設(shè)備開始量產(chǎn)3D NAND閃存，從目前的報道來看，測試階段表現(xiàn)良好。另一存儲巨頭三星同樣開發(fā)了包括納米壓印技術(shù)在內(nèi)多種方案以解決多圖案工藝導(dǎo)致的成本上升問題。

納米壓印技術(shù)與存儲芯片相結(jié)合，將大大提高存儲廠商的生產(chǎn)效率，并降低成本。納米壓印設(shè)備在芯片制造領(lǐng)域大規(guī)模商用化后，其優(yōu)勢將更加明顯。

小結(jié)

目前納米壓印技術(shù)還存在模板缺陷和套準等問題，需要時間才能成熟地進入市場，但其超高分辨率、易量產(chǎn)、低成本、一致性高等優(yōu)點已經(jīng)很突出，是最有機會代替現(xiàn)有光刻技術(shù)的技術(shù)手段。在未來光學(xué)光刻難以向前演進，納米壓印光刻值得期待。