纳米压印取代光刻？

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第十四届中国国际纳米技术产业博览会（简称“纳博会”）在万众瞩目中圆满落下了帷幕。这场全球纳米科技领域盛会，以1场主报告、13场分论坛、1场创新创业大赛，1场新产品发布会为主，汇聚了全球纳米科技领域的18位院士，450多位高校研究院所、上市企业、知名企业机构的顶级专家代表出席，分享专业报告476场，较往届增加132场，同比增长约33%，吸引9663位嘉宾参会听会。

值此盛会，芯师爷专访了国内数家微纳制造产业链的优秀企业，特别推出专题报道。本文为芯师爷专访璞璘科技（杭州）有限企业（以下简称“璞璘科技”）董事长葛海雄教授的实录。

璞璘科技（杭州）有限企业（以下简称“璞璘科技”）成立于2017年9月，坐落于“西子湖畔”浙江杭州。企业致力成为一家全球知名的纳米压印高端微纳制造商。创始团队以普林斯顿大学、南京大学、中国科学技术大学、北京大学背景为主，董事长葛海雄教授师从美国工程院院士“纳米压印技术发明人，Stephen Chou”；葛海雄教授在纳米压印技术领域的科研成果发表在«ACS Nano»、«Nano Letter»等知名学术期刊。

璞璘科技主要业务产品包括：纳米压印系统、纳米压印辅助系统、纳米压印胶、纳米压印耗材、纳米压印加工和附属产品。产品和服务远销美国、加拿大、新加坡等海外市场；服务下游行业包括光电、半导体、显示、生物医学、科研、高端制造等。

目前，基于葛海雄教授团队在纳米压印领域二十余年的丰富经验，璞璘科技形成了纳米压印材料、设备、工艺的技术闭环，申报，授权相关常识产权百余项。璞璘科技也是目前国内几乎唯一同时具备喷墨涂胶式纳米压印技术（设备、材料、工艺）闭环的企业，并且完成了20nm以下可用于半导体芯片制程的压印工艺研发。

纳米压印最早可以追溯到由北宋发明家毕昇发明的活字印刷术，现代纳米压印的概念由华裔科学家周郁（Stephen Chou）教授在1995年首次提出，他将传统的压印工艺与先进的半导体制程相结合，从此揭开了纳米压印制造技术的研究序幕。

纳米压印技术物理接触的加工方式，其基本原理是利用带有微纳结构的硬质模板（通常由硅、石英或金属制成），在塑性聚合物材料或液态树脂上施加压力，同时结合温度或紫外线固化，实现高精度的纳米级结构复制。这一过程借鉴了传统凸版印刷的原理。而光刻技术是一种利用光学系统将图案投影到光刻胶上，并通过化学蚀刻等工艺将图案转移到硅片上的制备方法。在光刻过程中，掩膜起到了决定性作用，它是一种具有所需图案的透明或半透明板材，通过光刻胶上的图案投影形成芯片的图案。

在工艺精度方面，已有报道的纳米压印技术的最小结构分辨率与目前最先进的EUV光刻技术不分伯仲，但目前光刻技术在半导体制造需要的对准套刻具有更高的精度，适用于制备更小尺寸的半导体芯片，当前最先进的光刻技术对准精度可以做到1nm，而纳米压印技术的对准受到压印工艺的限制，在对准精度方面略逊一筹。今年9月份，佳能最先进的纳米压印光刻 NIL 系统已经交付，可实现对标最小 14nm 线宽的光刻技术，支撑 5nm 制程储存半导体生产。

由于没有采用光刻中的投影成像原理，纳米压印省去了光刻机造价最昂贵的光学曝光机的成像系统与光源，理论上认为是一种更低成本的方案。在精准度方面，不同于光刻技术所采用的非接触式，纳米压印采用机械加压方法必须接触，这也意味着在实际加工过程中，受制于设备、材料和外部因素等，纳米压印比光刻更容易产生缺陷，对准与缺陷问题是困扰纳米压印在半导体领域应用的两大难关，随着头部企业佳能企业的介入，借鉴先进的光刻技术，这两大难题已经有了质的改善。

在LED芯片行业蓝宝石图案化衬底应用方向上，用纳米压印技术替代光刻制备微纳米图案是目前厂商正在扩产的理想方案。常规蓝宝石衬底属于微米级结构，直径在1.8微米左右，现阶段LED厂商采用低端步进式光刻技术制造图案化蓝宝石衬底，其生产成本仍然相对较高，若使用普通的接触式曝光工艺，则分辨率不够。这便给了纳米压印产业化应用的契机，其在分辨率、精度和生产成本等方面具备较大的优势。在这个领域，纳米压印正处于替代光刻技术的阶段，璞璘科技目前已将成套纳米压印技术方案提供给蓝宝石衬底生产商，在压印的保真度和均匀性方面得到了高度认可，同时制造成本上相对于光刻技术降低了50%。

除了蓝宝石衬底，纳米压印还可广泛应用于微纳光学器件、生物芯片以及显示行业等。与此同时，业界也在针对光刻技术和纳米压印技术进行结合创新应用，比如一些半导体存储企业将纳米压印用于芯片内的部分高精度结构制造，其他部分再用光刻设备进行加工，在分辨率、精度不变的情况下，实现降本增效。

针对不同场景，璞璘科技推出了不同款式的纳米压印设备，如科研桌面型、半自动研发型、全自动量产型、以及纳米压印配套设备；在不同行业应用上，璞璘科技可量身定制不同压印方式的纳米压印设备，包括：硬压式、气压式、辊压式、步进式等。

在配套压印材料方面主要产品应用包括：半导体、光学、力学、生物医学、新能源等；此外，辅助材料包括：软膜板胶、模板胶、防粘材料、增粘材料等。

工艺上，团队发展了复合高分子模板技术、无残余层纳米压印工艺、曲面纳米压印工艺、双转移层纳米压印工艺、双腔室纳米压印工艺等，已成功在璞璘科技产业化，并申报了多项自主常识产权。

在产品规划方面，璞璘科技一方面将瞄准12英寸大晶圆相应纳米压印设备的研发，在稳定性和效率方面做提升，另一方面在喷墨打印纳米压印工艺、材料、设备进行了大量的研发工作，并已成功交付中国第一台喷墨打印板对板式纳米压印设备。

由于纳米压印行业的发展不算长，所以当前行业的人才相对紧缺。而璞璘科技的许多技术人员出身于南京大学的纳米压印实验室，经过硕、博阶段的培养，在学生阶段便与企业和纳米压印技术有着非常深度的交互，有很深厚的行业经验。依托于出色的技术团队，璞璘科技在产品和技术研发方面往往走在行业和客户前面，基于非常全的产线，璞璘科技也有能力根据下游客户的需求量身打造更加合适的纳米压印设备与材料。

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受制于光刻机等半导体设备国产化进程等种种原因，我国集成电路产业在先进制程方面远落后于海外。纳米压印技术具有高精度、高产能、低成本等优势，因此被认为是光刻机的潜在补充技术，但和先进光刻技术主要掌握在海外企业手中一样，纳米压印设备中非常关键的高端对准模块也未实现国产化。另外，纳米压印先天性的物理接触式结构复制过程，极容易带来缺陷以及对准难的问题，从而需要从材料到工艺，再到设备以及生产环境的多方面配合工作才能整体解决，需要产业链的协同攻关。

在高端制程的压印工艺研发上，璞璘科技创始团队已实现＜5nm分辨率的高精度结构压印的解决方案，并且已完成20nm以下芯片结构的单层压印与图形转移，但在＜10nm高精度套刻对准技术方面国内尚未有成熟的解决方案，与日本佳能实现＜1nm对准精度存在较大的差距。

总的来看，随着国内纳米压印行业的发展，本土产业链企业的发展也非常迅速，虽然目前比较关键的零部件还是依赖进口，但近些年整机设备的国产化率越来越高，很多重要零部件基本上实现了国产，实现了从无到有，只不过在稳定性、成熟度等方面还有待进步。而在材料方面，以璞璘科技为代表的国内企业基本上可以实现完全国产替代。