⾃从国产替代概念兴起,很少关注半导体⾏业的⼈都对光刻机有所⽿闻。⽬前,全世界最先进的芯⽚,⼏乎都绕不开ASML(阿斯⻨)的DUV(深紫外)和EUV(极紫外)光刻机,但它⼜贵⼜难造,除了全⼒研发光刻机,国产有没有其它的路可以⾛?
事实上,光刻技术本身存在多种路线,离产业最近的,当属纳⽶压印光刻(Nano-Imprint Lithography,简称NIL)。⽇本最寄望于纳⽶压印光刻技术,并试图靠它再次逆袭,⽇经新闻⽹也称,对⽐EUV光刻⼯艺,使⽤纳⽶压印光刻⼯艺制造芯⽚,能够降低将近四成制造成本和九成电量,铠侠 (KIOXIA)、佳能和⼤⽇本印刷等公司则规划在2025年将该技术实⽤化。
纳⽶压印是⼀种微纳加⼯技术,它采⽤传统机械模具微复型原理,能够代替传统且复杂的光学光刻技术。虽然从名字上来看,纳⽶压印概念⾮常⾼深,但实际上它的原理并不难理解。压印是古⽼的图形转移技术,活字印刷术便是最初的压印技术原型,⽽纳⽶压印则是图形特征尺⼨只有⼏纳⽶到⼏百纳⽶的⼀种压印技术。
纳⽶压印光刻不仅可以制造分辨率5nm以下的⾼分辨率图形,还拥有相对简单的⼯艺(相⽐光学曝光复杂的系统或电⼦束曝光复杂的电磁聚焦系统)、较⾼的产能(可⼤⾯积制造)、较低的成本(国际权威机构评估同制作⽔平的纳⽶压印⽐传统光学投影光刻⾄少低⼀个数量级)、较低的功耗、压印模板可重复使⽤等优势。
纳⽶压印光刻技术被⼈捧为⾏业的希望,但它也不是完美的技术,甚⾄存在许多致命的难题,不断推迟进⼊市场的时间。纳⽶压印技术最终能否进⼊产业,取决于它的产能和所能达到的最⼩图形特征尺⼨(Critical dimension,CD),前者由模具的图型转移⾯积和单次压印循环时间决定,后者由模具表⾯图型CD和定位系统精度决定。
纳⽶压印技术发展历史只有⼆⼗余年,但在如此短时间内,也诞⽣了诸多分⽀路线。纳⽶压印发明于1970年,直到1995年,美国普林斯顿⼤学周郁(Stephen Y Chou)⾸次提出热纳⽶压印技术,压印作品分辨率⾼达10~50nm,该技术才引发⾏业⼤⾯积讨论。
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、密⻄根⼤学、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(阿斯⻨)、台积电、三星、摩托罗拉、惠普等⻰头也持续看好纳⽶压印光刻的前景,⼀直在默默加⼤投⼊。
对国产来说,纳⽶压印光刻会是可⾏之路吗,或许能在专利上看到⼀些趋势。据智慧芽数据,以纳⽶压印和光刻同时作为关键词搜索,在170个国家/地区共有1660条专利。从⾛势来看,2007年~2011年是近20内热度最⾼的⼏年,此后在专利申请上逐步放缓。⽽对应的,此时纳⽶压印⾏业正处于膨胀期,此后进⼊低⾕期,直到2020年后产业进⼊成熟期。