確實，根據瑞利判據，越短的波長和越大的NA可以帶來更好的分辨率。從縮短波長的方向，X射線光刻以及電子束光刻都是有力的候選;而從增大NA的方向，high NA甚至是hyper NA EUV光刻都是當前正在討論和研究的課題。
但是當光源的波長進入僅有13.5nm的EUV階段的時候，這些光線甚至會被空氣中的各種氣體分子所吸收，導致能量急劇衰減，所以EUV設備的使用和運行必須始終維持在超高真空下;而為了產生超短波長的EUV激光，體積巨大的高功率激光激發系統又是必須的，為了維持180W的EUV激光能量的商業化門檻，其激發系統所需要維持的功率會超過上千kW!
臺積電在2021年消耗的電力是整個臺灣地區的7.2%，其中超過50臺的EUV光刻機消耗的電力在其中便占有一席之地!
光學光刻作為圖形化技術中的核心步驟一直延續至今，但有些事情并非會永遠一成不變。
1995年美籍華人科學家周郁教授研發出一種技術，使用帶有高精度圖形的模板通過物理壓印的方式批量制作重復圖形，這便是納米壓印光刻(Nanoimprint Lithography，NIL)。
雖然稱為光刻，但是NIL和傳統光學光刻的原理和方法完全不沾邊，它更接近于光刻的本源“印刷”技術。
返璞歸真的NIL
光學光刻中，光透過光罩將電路圖形通過投影物鏡微縮后轉印至晶圓表面。
而NIL則通過母版(template)直接壓印到涂覆了光阻(納米壓印膠)的晶圓表面，待光阻充分滲透母版的三維結構后，使用紫外光整面照射晶圓使光阻固化，直接形成電路的三維圖形。
NIL的這種特性更像是以敲印章的方式實現快速和批量的圖形復制和轉印，也更接近于光刻(lithography)的本源印刷技術。
通過20多年的發展，NIL在晶圓級光學系統(WLO)的制作中已經被廣泛應用，具有卷對卷，卷對晶圓等不同的壓印方式。在集成電路制作的背景下，主要使用母版對晶圓的壓印方式，在這種壓印方式下，又可分為：紫外固化壓印，微接觸轉移和熱壓印。
除了圓形母版對晶圓的1：1壓印外，還有像步進式光刻機stepper這樣的采用重復式壓印的方式逐個shot進行1：1壓印的工藝，例如步進閃光壓印(step & flash imprint photography)和步進重復納米壓印(step & repeat NIL)。
NIL之法好
如同前文所述，EUV和high NA EUV光刻可以實現極高的分辨率，但是其能耗令人望而卻步，那難道NIL就很省電么?
對不起，還真的是很省電!佳能的NIL設備FPA-1200NZ由FPA-1200升級而來，i line光源決定其能耗必然遠低于EUV光刻機，略低于ArF浸潤式光刻機。
NIL為什么好，除了讓人怦然心動的低能耗外，其他性能指標也是相當優秀的。盡管在套刻精度和產出上略低于光學光刻機，但可以看出，其優勢也是較為全面的。
分辨率的提升是提升圖形化工藝的質量，推動摩爾定律前進的核心，NIL可以實現14nm密集線條的圖形化，這已經是足以媲美EUV光刻的性能了。
14nm的半周期尺寸相當于三星的1a DRAM在前道所制作的線條結構，而三星則是在這個階段投入了EUV光刻機才實現的。
由于NIL的圖形化是通過物理壓印實現的，因此在處理獨立線條、通孔以及其他類似圖形結構無需借助OPC圖形和復雜照明條件，例如無需離軸照明、無需波前畸變的修正、無需光學偏正條件，故而整個光學系統簡化到極致，也使得原本需要做光罩拆分的圖形可以在同一張光罩上同時存在，光學光刻在設計中的forbidden rules對其也不適用。
由此可見，設備和光罩成本也是遠遠低于EUV甚至傳統DUV光刻的。
此外，NIL最大的特點是可以一次生成復雜的3D圖形，同樣的工藝在傳統光學刻中是需要多次涂膠-曝光-顯影-刻蝕的循環才能實現的。因此在筆者看來，NIL在產能上的損失，有相當一部分是可以通過減少多次曝光來彌補的。
NIL很香，但也很難
NIL很好，但目前還面臨一些技術問題。首當其沖便是產能的瓶頸，佳能的FPA-1200NZ的124片晶圓/小時的產出不僅遠低于ASML的浸潤式光刻機NXT2050的195片，也略低于EUV光刻機EXE3400.
作為提升產出的手段，我們可以通過多個shot同時壓印的方法來達到這一目標，也可以以旋涂光阻替代點涂的方式來實現，目前已經得到接近170片的產出。但這種做法也有缺點，其套刻精度和缺陷數量會受到影響。
套刻精度則是NIL的另一大急需改善的地方，盡管佳能已經導入了HODC(高階畸變補償)功能來盡可能降低套刻精度的誤差，目前在124片的產出工藝條件下，NIL的套刻精度可以做到3nm以內，但是是提升到170片以后，則僅有3.5nm。
相比之下，ASML NXT2050的單機套刻精度誤差在2.5nm，而EXE3400則在1.5nm的水平。這一性能指標目前還有待進一步提升的空間。
針對以上兩項劣勢，筆者認為在3D圖形化的應用場景下其劣勢并非那么明顯。如上一節所述，通過減少曝光次數NIL也可以實現增加產出的效果，每當減少一次曝光便使其產出相對于光學光刻達到了倍增的效果。
并且，由于3D圖形的結構預先就已經設置在了母版上，因此層與層之間的套刻精度誤差在理論上是0.也擴大了套刻精度誤差的工藝窗口。
但同樣的問題又來到了母版制作上。按照現有的光罩工藝，NIL的精度要求是高于傳統光學光刻的光罩的。
盡管NIL的母版無需單獨制作OPC圖形，也無需昂貴的OMOG和EUV光罩，僅需要普通的鉻板光罩即可，但是對于相同尺寸的晶圓圖形，NIL母版上的圖形尺寸只有光學光刻的光罩上的1/4.這就意味著需要更高精度的設備去制作。
同時，母版的圖形都制作在石英基板上，因此在刻蝕工藝中OES無法探測到不同材質的刻蝕產物組分的變化，所以刻蝕工藝的終點檢測功能是無法使用的，必須依靠精密的刻蝕時間控制來完成圖形制作，也需要更多時間摸索工藝窗口。
隨后的缺陷檢測工藝也會遇到相同的問題，傳統的光學缺陷檢測所使用的透射和反射信號無法分辨母版表面的缺陷，故而對后續的檢驗和修復都帶來了新的挑戰。
所以，如同EUV真正走進量產前一樣，NIL真正被先進晶圓廠接受前也有一系列的問題需要解決。
結語
NIL同EUV光刻一樣是次時代光刻技術的代表，隨著其技術的日漸成熟已經具備導入集成電路制造的條件。
除了傳統的佳能-DNP-鎧俠聯盟外，SK海力士也宣布導入佳能的NIL設備生產3D NAND。
國產NIL設備廠商目前還都將目光集中在WLO應用上，但在一些demo中也可以實現50nm的密集線條和高深寬比圖形的制作，此時轉頭看一眼集成電路市場，未嘗不是一個好的選擇。
在如今碳中和的需求時代背景下，兼顧優秀圖形化性能表現和低碳制造的NIL將會是比EUV光刻更具吸引力的技術!
屬于NIL的時代是否會到來?我們拭目以待!
