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當深紫外光刻（DUV）與極紫外光刻（EUV）在 2 nm 節點面臨光學繞射極限與數億元美元設備成本的雙重挑戰時，奈米壓印（NIL） 以「直接壓模轉寫」跳過光學曝光與多重疊影，重新獲得產業目光。日本 Canon 於 2024 年推出 FPA-1200NZ2C，聲稱僅需 EUV 10 % 的能源便能壓印 14 nm 線寬，甚至與台積電合作驗證 2 nm 節點可能性，震撼光刻版圖。另一方面，EVG、Nanoscribe 與 Fujifilm 等供應鏈亦在壓印設備、自脫模樹脂與滾筒式連續製程上加速布局 。然而，模具壽命、缺陷率與對位精度依舊是 NIL 走向高良率量產的門檻。
奈米壓印技術原理與製程流程
NIL 的核心是將含有奈米結構的剛性石英或軟性 PDMS模具，在真空或常壓條件下壓入塗佈於晶圓表面的可固化樹脂（UV 或熱塑型），再透過紫外光/加熱固化並脫模，即可一次性轉寫數十奈米圖形。依驅動方式區分，常見有：
- 熱壓壓印（T-NIL）：加熱至玻璃轉移溫度以上，壓入後冷卻。
- 紫外壓印（UV-NIL）：常溫下加壓，透過石英模具照射 UV 光固化。
- 滾筒式連續壓印（R2R NIL）：將模具包覆於滾輪，可連續處理柔性基板，適合光學膜或微透鏡大量生產。
由於 NIL 不受波長限制，理論解析度僅受模具雕刻能力與樹脂分子尺寸影響；研究已示範 5 nm 線寬圖案，遠低於 13.5 nm EUV 波長。
NIL 與光刻的解析度、成本與良率比較
| 指標 | EUV 光刻（ASML NXE:3800E 為例） | Nanoimprint（Canon FPA-1200NZ2C*） | 工程含意 |
|---|---|---|---|
| 量測線寬 (單次加工) | 13 nm 量產可行、8 nm 多圖案化 | 14 nm 單壓印；實驗達 10 nm | 解析度接近，NIL 仍需多圖案化才能挑戰 5 nm 以下 |
| 每小時產能WPH | 160–180 片 | 20–40 片（目標 60 片） | 影響單片成本與設備汰換率 |
| 設備 CAPEX | ≈ 2.0 億美元 | ≈ 6,000–7,000 萬美元 | 前期投資壓力顯著降低 |
| 單片能耗 | 1 MW 級（含光源） | 100 kW 級（約 10 %） | 降低廠房電力與散熱策劃 |
| 缺陷密度 (始量產) | < 0.05 defects/cm² | 0.1–0.3 defects/cm² | NIL 需克服殘留層、氣泡、顆粒污染 |
可以看出 NIL 雖在解析度與能效具優勢，但產能與缺陷率仍是左右量產成本的關鍵。若無法將 WPH 提升至 80 片以上並將缺陷密度壓低至 0.05 以下，先進邏輯晶片大規模導入仍受限。
模具壽命與缺陷控制
模具壽命取決於石英硬度、表面氟化鍍層與脫模劑選擇。業界目標為單模 > 10,000 次壓印；當前量產壽命約 3,000–5,000 次。缺陷源則包含：
- 氣泡殘留：晶圓表面微粒造成樹脂填充不完全，可透過真空壓印與低黏度樹脂降低。
- 殘留層厚度不均：影響後續蝕刻臨界尺寸。優化旋塗厚度與模具排氣槽設計可改善。
- 對位誤差：現行雙模疊印精度已達 ± 3 nm，但高階 SRAM 仍需 ± 1 nm 以內。升級激光干涉與邊緣 AI 偵測對位系統是解方。
Fujifilm 在 2025 SPIE 會議發表的自脫模 nanoimprint resist，透過交聯後產生低表面能層，大幅降低拔模力並減少模具磨損，被視為延長壽命關鍵之一。
*來源 : fujifilm.com
最新研究與量產進展
- 2 nm 節點試產：2024 Q3 Canon 向台灣 IC 製造商交付首台 FPA-1200NZ2C，聲稱可透過混合雙圖案實現 2 nm 閘極線寬驗證，並導入先進封裝線以分攤風險。
*來源 : trendforce.com - 先進封裝 & 3D IC：EVG 推出 300 mm UV-NIL 與晶圓鍵合整合平台，主攻晶片封裝中再配線層（RDL）與微凸塊陣列。
*來源 : evgroup.com - 顯示與 AR 光學：NIL 已量產 OLED 微透鏡陣列、AR 波導光柵與車載 HUD，解析度需求為 300–600 nm，屬 NIL 的「甜蜜點」。
- 光伏與功率元件：利用壓印快速複製黑矽結構與微溝槽，可提升光吸收率 3–5 %，降低製程步驟。
這些案例顯示 NIL 在先進封裝、光學元件率先進入量產，並向邏輯晶片節點試行「混合式」製程。
混合製程與「取代」條件
要真正「取代」EUV，NIL 尚需突破三道關卡：
- 產能突破：業界估算當 WPH ≥ 100 時，NIL 全面量產邏輯 IC 才具經濟性；滾筒式多工位壓印與同步固化被視為可能解方。
- 模具快換與自修復：引入機器視覺 AI 偵測模具磨損，並以等離子修復或 DLC 重新鍍膜，可望將單模壽命推至 2 萬次以上。
- 設計規則演進：EUV 依賴 OPC 與多重曝光以彌補臨界尺寸偏差；NIL 若結合 CAD-to-mold 自動生成與自適應彈性模，設計規則可同步簡化。
因此，更可行的中期路徑是EUV + NIL 雙圖案化──以 EUV 打底層關鍵結構，再用 NIL 形成高密度金屬柵或 Via 陣列，兼顧解析度與成本。
奈米壓印以低成本、低能耗、高解析度的優勢，成功在顯示光學與先進封裝打開量產大門，Canon、EVG 等領導廠商的試產案例也證明 NIL 有潛力在 2 nm 節點與 EUV「並駕齊驅」。然而要全面取代光刻，仍須在產能、缺陷密度、模具壽命與對位精度四大指標上達到 EUV 同級水準。預期未來五年內，NIL 將更多以「混合式」角色切入先進製程，在成本敏感、圖形重複性高或對光學限制敏感的層級與 EUV 分工合作。對設計與製程工程師而言，提早熟悉 NIL 的 模具設計、樹脂選型與對位策略，不僅能在先進封裝與光學元件搶占技術優勢，也為下一世代晶片製程奠定基礎。
