在半導體制造的最前線，光刻技術一直是決定芯片性能與制程節(jié)點演進的關鍵瓶頸。荷蘭半導體設備大廠ASML)憑借深紫外光（DUV）與極紫外光（EUV）光刻機，建立起幾乎無可撼動的市場地位。然而，日本光學大廠佳能（Canon）正嘗試以另一條路徑突圍，那就是納米壓印（Nanoimprint Lithography，NIL）。這項被視為“非光學”的新型圖案轉(zhuǎn)印技術，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新技術，其概念可追溯至1996 年，最初由美國德州大學提出，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 納入其半導體設備版圖，并推出自家技術品牌J-FIL（Jet and Flash Imprint Lithography）。
與傳統(tǒng)光刻是通過光學投影成像有所不同，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），用以取代旋涂機構。接著，帶有微細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。整個過程僅需不到一秒完成，且能在室溫下運作，大幅降低能耗。
J-FIL 的最大工程亮點之一就是其創(chuàng)新的“i-MAT（干涉莫爾對準技術）”。該系統(tǒng)可通過干涉條紋即時偵測晶圓與模板的對位偏差，并利用16 個壓電致動器進行微調(diào)，同時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NIL 之后，其最大賣點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的標準型EUV，其極限主要取決于電子束寫入設備的解析能力。其次，佳能估算，一套四模組J-FIL 設備的成本僅為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 也大幅領先。 EUV 需依賴能耗巨大的CO?激光器系統(tǒng)，整機功率可達1 兆瓦，而NIL 設備僅需約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)展與應用潛力巨大，但業(yè)界普遍認為NIL 與實際量產(chǎn)仍有顯著距離。其關鍵在于兩項難題，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、甚至奈米級結構極其脆弱。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，遠不及光學掩模的10 萬片級壽命。佳能聲稱新設計可延長十倍，但業(yè)界實測結果仍不理想。
更嚴重的是，模板上任何微小缺陷都會被復制到所有晶圓上，造成嚴重“重復缺陷”問題。由于NIL 模板壽命短、成本高、檢測耗時，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臺，所需產(chǎn)能相當于全球掩模檢測設備一整年的供應量，經(jīng)濟效益明顯不符。
此外，NIL 范本制作流程本身也極度復雜。與光學曝光可放大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，則需要依賴最先進的多光束電子束寫入機（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架構，無法同時執(zhí)行測量與壓印。因此，最高產(chǎn)能僅約每小時25 片晶圓。 i-MAT 對準系統(tǒng)目前僅能在晶圓邊緣讀取少量對準標記，無法像ASML 的Twinscan 架構那樣同時分析全晶圓誤差。
在具有以上先天應是缺陷情況下，即便潛在客戶如鎧俠（Kioxia）、美光等雖對NIL 表示興趣，但在技術研討會與公開場合的發(fā)言仍顯保守。此外，多家存儲廠商代表直言，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)界整體看法傾向認為，NIL 短期內(nèi)難以進入主流先進制程節(jié)點。
整體來說，從理論角度看，NIL 集結了半導體產(chǎn)業(yè)夢寐以求的優(yōu)勢，包括解析度高、能耗低、成本低、無隨機光子誤差。然而，若無法從根本上解決光罩機械強度與缺陷復制問題，這項技術恐將停留在實驗室層面。
另外，正如業(yè)界人士形容，NIL 就像一只設計完美的精密鐘表，性能與成本都遠勝競品。但關鍵齒輪卻是玻璃制的。所以，看似完美，卻撐不過實際運轉(zhuǎn)。目前，佳能仍持續(xù)投入研發(fā)，并嘗試以NIL 技術開拓記憶體與顯示驅(qū)動IC 等中階制程應用。若能逐步提升光罩耐用度與量產(chǎn)穩(wěn)定性，NIL 仍有機會在特定應用市場立足。然而，在短期內(nèi)，ASML 的EUV 霸權仍舊仍難撼動，也使得NIL 的顛覆性潛力仍需更多時間證明。
