相較于EUV光刻，納米壓?。∟anoimprint Lithography，簡(jiǎn)稱NIL）另辟蹊徑，通過物理壓印結(jié)合材料固化的核心原理，顯著降低了制程成本與能耗。然而，NIL技術(shù)在工藝過程中的缺陷控制方面仍面臨較高挑戰(zhàn)，制約了其進(jìn)一步推廣應(yīng)用，精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)或成為破局關(guān)鍵因素。

01 行業(yè)背景

圖一：納米壓印流程

自1995年由華裔科學(xué)家周郁教授提出納米壓印概念以來，該技術(shù)已逐步實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室研究到產(chǎn)業(yè)化的跨越。日本佳能（Canon）已于2024年9月26日向總部位于美國德克薩斯州的半導(dǎo)體聯(lián)盟——德克薩斯電子研究所（TIE）運(yùn)送其納米壓印光刻系統(tǒng)FPA-1200NZ2C。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)最小14nm線寬的圖案化，支持5nm制程邏輯半導(dǎo)體生產(chǎn)。今年8月，璞璘科技也推出了噴墨步進(jìn)式的納米壓印設(shè)備并交付至國內(nèi)特色工藝客戶，標(biāo)志著我國在半導(dǎo)體裝備制造領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。

納米壓印技術(shù)之所以能夠在一定程度上突破ASML在EUV光刻機(jī)領(lǐng)域的壟斷，并獲得市場(chǎng)認(rèn)可，除了可以實(shí)現(xiàn)5nm制程之外，還具備以下突出優(yōu)勢(shì)：

• 成本顯著降低：根據(jù)佳能估算，一套四模組J-FIL納米壓印設(shè)備的成本僅約為ASML EUV設(shè)備的十分之一。此外，納米壓印設(shè)備體積更小，更便于在研發(fā)等場(chǎng)景中部署。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，四臺(tái)NIL設(shè)備組成的集群體積不及EUV光刻系統(tǒng)的一半，并可實(shí)現(xiàn)整體設(shè)備投資降低至EUV產(chǎn)線的約40%。

• 能效優(yōu)勢(shì)明顯：EUV光刻依賴高功率的CO?激光器系統(tǒng)，整機(jī)功耗高達(dá)約1兆瓦，而納米壓印設(shè)備的功耗僅約為100千瓦，能耗降幅超過90%。

盡管納米壓印技術(shù)展現(xiàn)出十分可觀的發(fā)展?jié)摿Γ湓谏a(chǎn)過程中的缺陷控制難度較高，仍是當(dāng)前制約該技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的主要瓶頸。

02 技術(shù)難點(diǎn)

模板是納米壓印的基礎(chǔ)，模板上任何微小缺陷都會(huì)被復(fù)制到所有晶圓上。模板本身對(duì)精度的要求很高，加上壓印過程的加熱/冷卻或紫外固化本身就很耗時(shí)，而脫模環(huán)節(jié)的軌跡控制若不精準(zhǔn)，極易對(duì)脆弱且昂貴的模板造成刮傷，導(dǎo)致其使用壽命遠(yuǎn)低于非接觸式的光學(xué)光刻掩模，從而顯著推高了量產(chǎn)成本。

對(duì)位精度不足則會(huì)直接導(dǎo)致器件良率難以提升。 由于納米壓印是物理接觸式壓印，其對(duì)位精度要求比光學(xué)光刻更為苛刻。業(yè)界傳統(tǒng)采用“粗動(dòng)+微動(dòng)"的兩級(jí)定位方案，但實(shí)際效果依然不盡人意，其根源在于傳統(tǒng)串級(jí)控制存在響應(yīng)延遲與振動(dòng)，且多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸之間的微小相互干擾，會(huì)直接疊加到對(duì)位誤差中，難以實(shí)現(xiàn)在高速下實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的穩(wěn)定對(duì)準(zhǔn)。為了解決這個(gè)問題，佳能推出的FPA-1200NZ2C 采用 "step-and-repeat"（步進(jìn)重復(fù)）工作模式，每步只對(duì)一個(gè)芯片區(qū)域 (Die) 進(jìn)行精確對(duì)準(zhǔn)和壓印，而非一次性對(duì)整片晶圓對(duì)準(zhǔn)后壓印。每個(gè)芯片對(duì)準(zhǔn)需頻繁啟停，這要求運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在具備高動(dòng)態(tài)性能的同時(shí)保持納米級(jí)定位精度，給運(yùn)動(dòng)平臺(tái)帶來了新的挑戰(zhàn)。

03 地心方案

精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)作為納米壓印技術(shù)的核心部件，憑借其納米級(jí)運(yùn)動(dòng)精度，直接決定了壓印結(jié)構(gòu)的成形質(zhì)量與可靠性。它貫穿于壓印全過程，發(fā)揮著重要作用。

地心科技深耕半導(dǎo)體行業(yè)精密運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)多年，積累了豐富的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

1.在壓印過程中，無論是涂膠、基片定位，還是壓印對(duì)位與貼合，多軸精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)都可以實(shí)現(xiàn)其納米級(jí)精準(zhǔn)定位，確保與模板精準(zhǔn)對(duì)齊，提高圖案轉(zhuǎn)印精度；

2.在壓力控制與脫模環(huán)節(jié)，地心科技升降臺(tái)則可以精準(zhǔn)控制壓印壓力，在脫模過程中實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、精準(zhǔn)分離，有效延長(zhǎng)模板使用壽命。

在地心科技助力下，某微納制造技術(shù)企業(yè)引入XYT三軸壓印系統(tǒng)，顯著提升了其納米壓印設(shè)備的整體性能與最終壓印成品質(zhì)量。該系統(tǒng)X、Y軸采用SMH225LM系列直線電機(jī)機(jī)械臺(tái)，平面度優(yōu)于1μm；搭載RSML系列機(jī)械直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)，平臺(tái)X、Y軸雙向重復(fù)定位精度優(yōu)于0.2μm，T軸精度優(yōu)于0.5角秒。

更多適用產(chǎn)品

（1）SMH-V系列直驅(qū)升降臺(tái)

? 精密控制上下貼合過程，精準(zhǔn)控制壓印壓力，在脫模過程中實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、精準(zhǔn)分離

? 配置靈活，可選不同行程與斷電自鎖功能

? 最小步進(jìn)20nm，重復(fù)定位精度±200nm，定位精度±500nm

? 分辨率10nm，在位穩(wěn)定性20nm（配置線性驅(qū)動(dòng)器，帶隔振實(shí)驗(yàn)室環(huán)境）

（2）CFT-XY系列 XY直線電機(jī)機(jī)械臺(tái)

? 在壓印過程中，實(shí)現(xiàn)壓印對(duì)位與貼合的精準(zhǔn)定位，提高轉(zhuǎn)印精度

? 雙軸四電機(jī)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)態(tài)性能出色

? 結(jié)構(gòu)緊湊，低側(cè)面高度，阿貝誤差小

?分辨率1nm，200mm*200mm和300mm*300mm行程可選

（3）ONEXY系列 XY直線電機(jī)機(jī)械臺(tái)

? 在壓印過程中，實(shí)現(xiàn)壓印對(duì)位與貼合的精準(zhǔn)定位，提高轉(zhuǎn)印精度

? 電子分辨率1nm，最小步進(jìn)小于20nm

? 豐富的行程選項(xiàng)，兼具大行程、高精度、重負(fù)載與低側(cè)向高度等優(yōu)勢(shì)

? 開放式結(jié)構(gòu)，易組成多種多軸配置

（4）Surface系列 平面氣浮

? 在壓印過程中，實(shí)現(xiàn)壓印對(duì)位與貼合的精準(zhǔn)定位，提高轉(zhuǎn)印精度

? 高動(dòng)態(tài)性能（截止頻率>330Hz）

? 雙驅(qū)軸、橫梁軸均采用空氣導(dǎo)軌的H型式結(jié)構(gòu)

? 選用高精密零膨脹系數(shù)光柵反饋，膨脹系數(shù)低，受溫漂影響小

除了標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，地心科技更可基于客戶具體需求，在精度、軸數(shù)、行程等關(guān)鍵維度進(jìn)行深度定制，為客戶提供全生命周期的精密運(yùn)動(dòng)控制服務(wù)，助力客戶項(xiàng)目高效落地。

面對(duì)納米壓印技術(shù)在缺陷控制與模板壽命等方面的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，地心科技以高性能精密運(yùn)動(dòng)控制為核心，正在為NIL走向規(guī)模化量產(chǎn)提供關(guān)鍵支撐。未來，地心科技將繼續(xù)深化在納米級(jí)運(yùn)動(dòng)控制與系統(tǒng)集成方面的技術(shù)積累，攜手產(chǎn)業(yè)鏈伙伴，共同構(gòu)建更穩(wěn)定、更高效、更易推廣的納米壓印運(yùn)動(dòng)控制解決方案，為半導(dǎo)體制造注入新可能。