納米壓印取代光刻，我國(guó)半導(dǎo)體制造不用再被卡脖子？

第十四屆中國(guó)國(guó)際納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)（簡(jiǎn)稱(chēng)“納博會(huì)”）在萬(wàn)眾矚目中圓滿落下了帷幕。這場(chǎng)全球納米科技領(lǐng)域盛會(huì)，以1場(chǎng)主報(bào)告、13場(chǎng)分論壇、1場(chǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，1場(chǎng)新產(chǎn)品發(fā)布會(huì)為主，匯聚了全球納米科技領(lǐng)域的18位院士，450多位高校研究院所、上市公司、知名企業(yè)機(jī)構(gòu)的頂級(jí)專(zhuān)家代表出席，分享專(zhuān)業(yè)報(bào)告476場(chǎng)，較往屆增加132場(chǎng)，同比增長(zhǎng)約33%，吸引9663位嘉賓參會(huì)聽(tīng)會(huì)。

值此盛會(huì)，芯師爺專(zhuān)訪了國(guó)內(nèi)數(shù)家微納制造產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)秀企業(yè)，特別推出專(zhuān)題報(bào)道。本文為芯師爺專(zhuān)訪璞璘科技（杭州）有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“璞璘科技”）董事長(zhǎng)葛海雄教授的實(shí)錄。

關(guān)于璞璘科技

璞璘科技（杭州）有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“璞璘科技”）成立于2017年9月，坐落于“西子湖畔”浙江杭州。公司致力成為一家全球知名的納米壓印高端微納制造商。創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)以普林斯頓大學(xué)、南京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、北京大學(xué)背景為主，董事長(zhǎng)葛海雄教授師從美國(guó)工程院院士“納米壓印技術(shù)發(fā)明人，Stephen Chou”；葛海雄教授在納米壓印技術(shù)領(lǐng)域的科研成果發(fā)表在?ACS Nano?、?Nano Letter?等知名學(xué)術(shù)期刊。

璞璘科技主要業(yè)務(wù)產(chǎn)品包括：納米壓印系統(tǒng)、納米壓印輔助系統(tǒng)、納米壓印膠、納米壓印耗材、納米壓印加工和附屬產(chǎn)品。產(chǎn)品和服務(wù)遠(yuǎn)銷(xiāo)美國(guó)、加拿大、新加坡等海外市場(chǎng)；服務(wù)下游行業(yè)包括光電、半導(dǎo)體、顯示、生物醫(yī)學(xué)、科研、高端制造等。

目前，基于葛海雄教授團(tuán)隊(duì)在納米壓印領(lǐng)域二十余年的豐富經(jīng)驗(yàn)，璞璘科技形成了納米壓印材料、設(shè)備、工藝的技術(shù)閉環(huán)，申報(bào)，授權(quán)相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)百余項(xiàng)。璞璘科技也是目前國(guó)內(nèi)幾乎唯一同時(shí)具備噴墨涂膠式納米壓印技術(shù)（設(shè)備、材料、工藝）閉環(huán)的企業(yè)，并且完成了20nm以下可用于半導(dǎo)體芯片制程的壓印工藝研發(fā)。

Part.01納米壓印和光刻技術(shù)有什么區(qū)別？

納米壓印最早可以追溯到由北宋發(fā)明家畢昇發(fā)明的活字印刷術(shù)，現(xiàn)代納米壓印的概念由華裔科學(xué)家周郁（Stephen Chou）教授在1995年首次提出，他將傳統(tǒng)的壓印工藝與先進(jìn)的半導(dǎo)體制程相結(jié)合，從此揭開(kāi)了納米壓印制造技術(shù)的研究序幕。

納米壓印技術(shù)物理接觸的加工方式，其基本原理是利用帶有微納結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)模板（通常由硅、石英或金屬制成），在塑性聚合物材料或液態(tài)樹(shù)脂上施加壓力，同時(shí)結(jié)合溫度或紫外線固化，實(shí)現(xiàn)高精度的納米級(jí)結(jié)構(gòu)復(fù)制。這一過(guò)程借鑒了傳統(tǒng)凸版印刷的原理。而光刻技術(shù)是一種利用光學(xué)系統(tǒng)將圖案投影到光刻膠上，并通過(guò)化學(xué)蝕刻等工藝將圖案轉(zhuǎn)移到硅片上的制備方法。在光刻過(guò)程中，掩膜起到了決定性作用，它是一種具有所需圖案的透明或半透明板材，通過(guò)光刻膠上的圖案投影形成芯片的圖案。

在工藝精度方面，已有報(bào)道的納米壓印技術(shù)的最小結(jié)構(gòu)分辨率與目前最先進(jìn)的EUV光刻技術(shù)不分伯仲，但目前光刻技術(shù)在半導(dǎo)體制造需要的對(duì)準(zhǔn)套刻具有更高的精度，適用于制備更小尺寸的半導(dǎo)體芯片，當(dāng)前最先進(jìn)的光刻技術(shù)對(duì)準(zhǔn)精度可以做到1nm，而納米壓印技術(shù)的對(duì)準(zhǔn)受到壓印工藝的限制，在對(duì)準(zhǔn)精度方面略遜一籌。今年9月份，佳能最先進(jìn)的納米壓印光刻 NIL 系統(tǒng)已經(jīng)交付，可實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)最小 14nm 線寬的光刻技術(shù)，支持 5nm 制程儲(chǔ)存半導(dǎo)體生產(chǎn)。

由于沒(méi)有采用光刻中的投影成像原理，納米壓印省去了光刻機(jī)造價(jià)最昂貴的光學(xué)曝光機(jī)的成像系統(tǒng)與光源，理論上認(rèn)為是一種更低成本的方案。在精準(zhǔn)度方面，不同于光刻技術(shù)所采用的非接觸式，納米壓印采用機(jī)械加壓方法必須接觸，這也意味著在實(shí)際加工過(guò)程中，受制于設(shè)備、材料和外部因素等，納米壓印比光刻更容易產(chǎn)生缺陷，對(duì)準(zhǔn)與缺陷問(wèn)題是困擾納米壓印在半導(dǎo)體領(lǐng)域應(yīng)用的兩大難關(guān)，隨著頭部企業(yè)佳能公司的介入，借鑒先進(jìn)的光刻技術(shù)，這兩大難題已經(jīng)有了質(zhì)的改善。

Part.02納米壓印當(dāng)前主流的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？

在LED芯片行業(yè)藍(lán)寶石圖案化襯底應(yīng)用方向上，用納米壓印技術(shù)替代光刻制備微納米圖案是目前廠商正在擴(kuò)產(chǎn)的理想方案。常規(guī)藍(lán)寶石襯底屬于微米級(jí)結(jié)構(gòu)，直徑在1.8微米左右，現(xiàn)階段LED廠商采用低端步進(jìn)式光刻技術(shù)制造圖案化藍(lán)寶石襯底，其生產(chǎn)成本仍然相對(duì)較高，若使用普通的接觸式曝光工藝，則分辨率不夠。這便給了納米壓印產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的契機(jī)，其在分辨率、精度和生產(chǎn)成本等方面具備較大的優(yōu)勢(shì)。在這個(gè)領(lǐng)域，納米壓印正處于替代光刻技術(shù)的階段，璞璘科技目前已將成套納米壓印技術(shù)方案提供給藍(lán)寶石襯底生產(chǎn)商，在壓印的保真度和均勻性方面得到了高度認(rèn)可，同時(shí)制造成本上相對(duì)于光刻技術(shù)降低了50%。

除了藍(lán)寶石襯底，納米壓印還可廣泛應(yīng)用于微納光學(xué)器件、生物芯片以及顯示行業(yè)等。與此同時(shí)，業(yè)界也在針對(duì)光刻技術(shù)和納米壓印技術(shù)進(jìn)行結(jié)合創(chuàng)新應(yīng)用，比如一些半導(dǎo)體存儲(chǔ)企業(yè)將納米壓印用于芯片內(nèi)的部分高精度結(jié)構(gòu)制造，其他部分再用光刻設(shè)備進(jìn)行加工，在分辨率、精度不變的情況下，實(shí)現(xiàn)降本增效。

Part.03璞璘科技的產(chǎn)品規(guī)劃?

針對(duì)不同場(chǎng)景，璞璘科技推出了不同款式的納米壓印設(shè)備，如科研桌面型、半自動(dòng)研發(fā)型、全自動(dòng)量產(chǎn)型、以及納米壓印配套設(shè)備；在不同行業(yè)應(yīng)用上，璞璘科技可量身定制不同壓印方式的納米壓印設(shè)備，包括：硬壓式、氣壓式、輥壓式、步進(jìn)式等。

在配套壓印材料方面主要產(chǎn)品應(yīng)用包括：半導(dǎo)體、光學(xué)、力學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、新能源等；此外，輔助材料包括：軟膜板膠、模板膠、防粘材料、增粘材料等。

工藝上，團(tuán)隊(duì)發(fā)展了復(fù)合高分子模板技術(shù)、無(wú)殘余層納米壓印工藝、曲面納米壓印工藝、雙轉(zhuǎn)移層納米壓印工藝、雙腔室納米壓印工藝等，已成功在璞璘科技產(chǎn)業(yè)化，并申報(bào)了多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

在產(chǎn)品規(guī)劃方面，璞璘科技一方面將瞄準(zhǔn)12英寸大晶圓相應(yīng)納米壓印設(shè)備的研發(fā)，在穩(wěn)定性和效率方面做提升，另一方面在噴墨打印納米壓印工藝、材料、設(shè)備進(jìn)行了大量的研發(fā)工作，并已成功交付中國(guó)第一臺(tái)噴墨打印板對(duì)板式納米壓印設(shè)備。

由于納米壓印行業(yè)的發(fā)展不算長(zhǎng)，所以當(dāng)前行業(yè)的人才相對(duì)緊缺。而璞璘科技的許多技術(shù)人員出身于南京大學(xué)的納米壓印實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)過(guò)碩、博階段的培養(yǎng)，在學(xué)生階段便與企業(yè)和納米壓印技術(shù)有著非常深度的交互，有很深厚的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。依托于出色的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，璞璘科技在產(chǎn)品和技術(shù)研發(fā)方面往往走在行業(yè)和客戶前面，基于非常全的產(chǎn)線，璞璘科技也有能力根據(jù)下游客戶的需求量身打造更加合適的納米壓印設(shè)備與材料。

Part.04納米壓印能否取代光刻技術(shù)，我國(guó)能否彎道超車(chē)？

受制于光刻機(jī)等半導(dǎo)體設(shè)備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程等種種原因，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)在先進(jìn)制程方面遠(yuǎn)落后于海外。納米壓印技術(shù)具有高精度、高產(chǎn)能、低成本等優(yōu)勢(shì)，因此被認(rèn)為是光刻機(jī)的潛在補(bǔ)充技術(shù)，但和先進(jìn)光刻技術(shù)主要掌握在海外企業(yè)手中一樣，納米壓印設(shè)備中非常關(guān)鍵的高端對(duì)準(zhǔn)模塊也未實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。另外，納米壓印先天性的物理接觸式結(jié)構(gòu)復(fù)制過(guò)程，極容易帶來(lái)缺陷以及對(duì)準(zhǔn)難的問(wèn)題，從而需要從材料到工藝，再到設(shè)備以及生產(chǎn)環(huán)境的多方面配合工作才能整體解決，需要產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同攻關(guān)。

在高端制程的壓印工藝研發(fā)上，璞璘科技創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)已實(shí)現(xiàn)＜5nm分辨率的高精度結(jié)構(gòu)壓印的解決方案，并且已完成20nm以下芯片結(jié)構(gòu)的單層壓印與圖形轉(zhuǎn)移，但在＜10nm高精度套刻對(duì)準(zhǔn)技術(shù)方面國(guó)內(nèi)尚未有成熟的解決方案，與日本佳能實(shí)現(xiàn)＜1nm對(duì)準(zhǔn)精度存在較大的差距。

總的來(lái)看，隨著國(guó)內(nèi)納米壓印行業(yè)的發(fā)展，本土產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的發(fā)展也非常迅速，雖然目前比較關(guān)鍵的零部件還是依賴(lài)進(jìn)口，但近些年整機(jī)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率越來(lái)越高，很多重要零部件基本上實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有，只不過(guò)在穩(wěn)定性、成熟度等方面還有待進(jìn)步。而在材料方面，以璞璘科技為代表的國(guó)內(nèi)企業(yè)基本上可以實(shí)現(xiàn)完全國(guó)產(chǎn)替代。