佳能力推的纳米压印技术，为何难以替代ASML EUV光刻机？

AI科技 2025年11月06日 17:09 3 admin

在半导体制造的最前线，光刻技术一直是决定芯片性能与制程节点演进的关键瓶颈。荷兰半导体设备大厂ASML)凭借深紫外光（DUV）与极紫外光（EUV）光刻机，建立起几乎无可撼动的市场地位。然而，日本光学大厂佳能（Canon）正尝试以另一条路径突围，那就是纳米压印（Nanoimprint Lithography，NIL）。这项被视为“非光学”的新型图案转印技术，正被佳能定位为下一代芯片制程的潜在颠覆者。

纳米压印并不是一项新技术，其概念可追溯至1996 年，最初由美国德州大学提出，后于2001 年催生商业化公司Molecular Imprints Inc.（MII）。佳能在2014 年收购MII，正式将NIL 纳入其半导体设备版图，并推出自家技术品牌J-FIL（Jet and Flash Imprint Lithography）。

与传统光刻是通过光学投影成像有所不同，J-FIL 所采用的是“喷射、闪光与压印”流程。制程起始于晶圆表面喷射分布光阻剂（光刻胶），用以取代旋涂机构。接着，带有微细电路图案的模板直接压入液态光阻剂，再以紫外线闪光固化形成图案。整个过程仅需不到一秒完成，且能在室温下运作，大幅降低能耗。

J-FIL 的最大工程亮点之一就是其创新的“i-MAT（干涉莫尔对准技术）”。该系统可通过干涉条纹即时侦测晶圆与模板的对位偏差，并利用16 个压电致动器进行微调，同时通过激光加热修正高阶误差，提升套刻的精度。

佳能力推的纳米压印技术，为何难以替代ASML EUV光刻机？

就在佳能推动NIL 之后，其最大卖点就是在成本与能耗上的显著优势。首先，NIL 的解析度理论上可媲美、甚至超越ASML的标准型EUV，其极限主要取决于电子束写入设备的解析能力。其次，佳能估算，一套四模组J-FIL 设备的成本仅为ASML EUV 系统的十分之一。即便考虑输出入量差距（NIL 约每小时100 片晶圆，EUV 约220 片），其单片制程成本仍约为EUV的四分之一。

至于，在能源效率方面，NIL 也大幅领先。 EUV 需依赖能耗巨大的CO₂激光器系统，整机功率可达1 兆瓦，而NIL 设备仅需约100千瓦，能耗降低九成以上。对高能耗的晶圆厂而言，若NIL 能克服量产瓶颈，将在制造成本与碳排放上带来双重利多。

佳能力推的纳米压印技术，为何难以替代ASML EUV光刻机？

尽管发展与应用潜力巨大，但业界普遍认为NIL 与实际量产仍有显著距离。其关键在于两项难题，也就是压印的模板寿命与缺陷控制。由于NIL 直接压印晶圆，模板上的微米级、甚至奈米级结构极其脆弱。目前量产测试显示，其模板寿命仅能支撑压印约50 片晶圆，远不及光学掩模的10 万片级寿命。佳能声称新设计可延长十倍，但业界实测结果仍不理想。

更严重的是，模板上任何微小缺陷都会被复制到所有晶圆上，造成严重“重复缺陷”问题。由于NIL 模板寿命短、成本高、检测耗时，几乎无法逐一检查。若要为一条完整NIL 生产线配备足够的检测机台，所需产能相当于全球掩模检测设备一整年的供应量，经济效益明显不符。

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此外，NIL 范本制作流程本身也极度复杂。与光学曝光可放大4 倍不同，NIL 需以1 倍尺寸刻写“主模板→子模板→工作模板”，每一步都可能产生缺陷。对于20nm以下特征尺寸，则需要依赖最先进的多光束电子束写入机（MBMW）支持，其成本与良率压力显著。

另外，除模板问题外，NIL 的套刻精度与产能仍落后ASML 的EUV 系统。由于佳能采用单晶圆台架构，无法同时执行测量与压印。因此，最高产能仅约每小时25 片晶圆。 i-MAT 对准系统目前仅能在晶圆边缘读取少量对准标记，无法像ASML 的Twinscan 架构那样同时分析全晶圆误差。

在具有以上先天应是缺陷情况下，即便潜在客户如铠侠（Kioxia）、美光等虽对NIL 表示兴趣，但在技术研讨会与公开场合的发言仍显保守。此外，多家存储厂商代表直言，NIL的先天缺陷仍是最大挑战、模板成本与寿命限制了大量生产可行性。业界整体看法倾向认为，NIL 短期内难以进入主流先进制程节点。

佳能力推的纳米压印技术，为何难以替代ASML EUV光刻机？

整体来说，从理论角度看，NIL 集结了半导体产业梦寐以求的优势，包括解析度高、能耗低、成本低、无随机光子误差。然而，若无法从根本上解决光罩机械强度与缺陷复制问题，这项技术恐将停留在实验室层面。

另外，正如业界人士形容，NIL 就像一只设计完美的精密钟表，性能与成本都远胜竞品。但关键齿轮却是玻璃制的。所以，看似完美，却撑不过实际运转。目前，佳能仍持续投入研发，并尝试以NIL 技术开拓记忆体与显示驱动IC 等中阶制程应用。若能逐步提升光罩耐用度与量产稳定性，NIL 仍有机会在特定应用市场立足。然而，在短期内，ASML 的EUV 霸权仍旧仍难撼动，也使得NIL 的颠覆性潜力仍需更多时间证明。

编辑：芯智讯-林子来源：科技新报