20世紀90年代中期，傳統的光刻技術在製造微小結構時遇到了瓶頸。奈米壓印技術的出現，不僅給微電子製造領域而且給廣泛的納米制造領域開闢一條革命性的全新道路。
由於它的工作原理於傳統的光刻技術是本質性的不同， 奈米壓印技術據有許多製造優勢是傳統的光刻技術無法相比的。比如，高解析度 (0.3 nm 解析度)， 高密度 （<6 nm 半間距), 3D 圖案成型, 無光學散射衍射, 襯底反射，大面積，相容柔性襯底，裝置工藝簡單, 低能耗, 及高效、低成本的優勢。這使奈米壓印逐步成為大規模生產奈米結構的關鍵技術之一，現在已被廣泛應用於LED、AR/VR、光學器件、生物醫學檢測等多個領域。奈米壓印已產生數十億美元的年產值， 而且迅速成長。
前不久，隨著公司全球首個奈米壓印半導體制造裝置FPA-1200NZ2C的推出和交付，宣告著奈米壓印技術在半導體積體電路製造商業化程序再邁出重要一步，展現出了在半導體領域替代或補充傳統光刻技術的巨大潛力，備受業界關注。
據悉，佳能的新系統降低了功耗和成本，可實現最小線寬為14nm的圖形化，相當於5nm晶片節點。尤為值得關注的是，如果改進模具該裝置甚至可以生產2nm先進製程的晶片，直接瞄準了當前由ASML主導的EUV光刻技術市場，實現了前所未有的精度與效率。
多家儲存製造商已在奈米壓印技術的使用方面取得了逐步進展，並將其視為儲存產品線的可行選擇。
能看到，這個引發學術界和產業界廣泛關注，為科技界開啟一扇全新大門的奈米壓印技術，正在迎來新的令人矚目的榮光。
奈米壓印技術，開闢一條全新的道路
奈米壓印技術（Nanoimprint Lithography, NIL）是一種新型的微納加工技術。它的工作原理與傳統的光刻技術完全不同。傳統的光刻技術用輻射（光或電子）曝光光刻膠和用化學沖洗來形成圖案。而奈米壓印用機械變形-壓印來形成圖案。奈米壓印將預先圖形化的模具壓進與塗布好的奈米壓印膠， 從而在奈米壓印膠上覆製出模具上的結構圖案。為了減少壓印的壓力，奈米壓印膠需要在壓印時非常軟 -如水一樣（液態聚合物）。奈米壓印膠有加熱型：膠在加熱時變軟但冷下來變硬；有紫外光照型：膠在光照前時是軟但光照後變硬；及熱光混合型。壓印後，模具和奈米壓印膠分離-脫模過程。
奈米壓印與光學光刻流程對比
（圖源：佳能）
可以理解為，奈米壓印技術造晶片就像蓋章一樣，把柵極長度只有幾奈米的電路刻在印章（模具）上，再將印章蓋在橡皮泥（壓印膠）上，實現圖形轉移後，然後透過熱或者UV光照的方法使轉移的圖形固化，以完成微納加工的“雕刻”步驟。
從其原理不難分析，奈米壓印的解析度由所用模板圖形的大小決定，與光源無關。因此，不受光波波長、光源大小， 光源均勻度、光鏡數值孔徑、聚焦系統、光散射衍射、襯底反射等因素的限制，突破了傳統光學曝光光刻工藝的解析度極限。
與傳統光刻技術相比，奈米壓印技術有其許多製造優勢是傳統的光刻技術無法相比的。比如，超高的高解析度 (0.3 nm )， 高密度 （<6 nm 半間距), 3D 圖案成型結構,無光學散射, 大面積, 相容柔性襯底, 裝置工藝簡單,低能耗, 及高效、低成本的優勢。
這使奈米壓印逐步成為大規模生產奈米結構的關鍵技術之一，現在已被廣泛應用於LED、AR/VR、光學器件、生物醫學檢測等多個領域。奈米壓印是這些領域的基礎，沒有奈米壓印，許多這些領域的產品是不會可能的。
在半導體積體電路應用中，雖然奈米壓印技術有許多超過傳統的光刻技術的優勢，有取代傳統的光刻的潛力，但由於半導體積體電路應用的一些特出需求，奈米壓印技術在這一應用領域經歷了長期的發展——目前半導體積體電路應用的奈米壓印機已經出世。
現在奈米壓技術已成為二十一世紀的重要變革性技術之一，可廣泛應用於虛擬實境（AR/VR）、光學器件（例如亞波長光學元件）、智慧手機、顯示器、LED、半導體積體電路， 太陽能電池、資料儲存，光學感測器和通訊）、生物醫學檢測， （例如基因測序和其他生物感測）、電池、醫藥、醫學、以及安全功能（例如鈔票和身份識別）等多個領域。
奈米壓印已產生近100億美元的年產值，有上千億美元年產值的潛力。
而這一切成就的背後，是一次次質疑與堅持之間的博弈，是不斷進取與突破創新凝結出的故事篇章。
針對奈米壓印這個熱門話題，在當前背景和時機下，我們有幸採訪到了美國工程院院士、美國普林斯頓大學Joseph C. Elgin講席教授、奈米壓印技術發明人周鬱 （Stephen Y. Chou）先生，圍繞奈米壓印技術的相關內容進行了深入分享。
當年是如何實現這一技術創新？
又是為何從備受質疑到廣受關注？
近30年來，奈米壓印技術取得了哪些成果與進展？
該賽道的生態現狀與技術瓶頸？
中國在奈米壓印賽道表現如何？
奈米壓印是否終將取代光刻技術？
在本次採訪中，周鬱院士一一做了解答，揭示了納米壓印技術的前世今生、產業生態與未來行業發展的新機遇。
周鬱院士接受半導體行業觀察專訪
以下為半導體行業觀察與周鬱院士的對話
（有刪節）
Q：奈米壓印技術是怎麼被髮明的？
周院士：大概在1994年，當時光刻的最小尺寸只能做到0.3μm（微米），普通電子束光刻也只能做到約100nm（奈米）左右。
無論是光刻、電子束光刻還是X射線光刻，都跟光的波長有關，受限於光學曝光中的衍射和散射現象，受限於光學成像裝置，受限於光刻膠的曝光，存在諸多技術瓶頸。當時傳統的光刻技術在製造微小結構時已經遇到了瓶頸，且存在產業化難題。
在1994年時，我已經對光刻、電子束光刻及X射線光刻都有深度研究，而且發展了創新的高效能奈米電晶體和奈米光子器件。但是受限於當時光刻技術的最小線寬，這些奈米器件不能夠商業生產。對解決這個問題，我考慮是否可以用完全不同的技術原理來克服光刻技術的困難和挑戰，我想到用機械式的壓印技術。這樣就不用光了，從此避開光刻技術所有的困難。
但是，在1994年以前，採用機械模具的壓印技術，最好也僅能做到微米級別的尺寸，遠達不到奈米級的目標尺寸範疇。人們認為我瘋了，異想天開。可是我堅持要做實驗。我設計了一個簡單熱壓印裝置，用氧化矽襯底取代金屬鎳為模具。氧化矽材料的創新大大減小了模具膨脹係數 （減少超過10倍）。結果令我十分驚訝。我發現，完全與過去人們想像的不同，壓印可以複製小於10奈米的圖案！它比人們之前認為的小了100多倍! 這是革命性突破，給納米制造開闢全新領域。我給我的發明和發現取了一個名字：”Nanoimprint” - 奈米壓印。這就是奈米壓印領域的開始。
我團隊設計、建造並使用的第一臺奈米壓印機自2009年以來一直在德國博物館展出。德國博物館是世界上歷史最悠久、規模最大的科學博物館，收藏了眾多世界上首創的裝置，這些裝置源於開創性的創新成果，例如第一臺計算機和第一臺機車。
Q：該技術剛推出的時候，業界反響如何？
周院士：我們的早期奈米壓印工作首先發表在《應用物理快報》上，隨後在《科學》雜誌。科學界對此感到非常驚訝。許多人認為這是不可能的，因為機械模塑傳統上用於較大結構，而不是用於解析度比當時最先進的光刻技術高出一個數量級的奈米結構，並且可能比電子束光刻更小。
如大多數有革命性的創新技術剛誕生時一樣，機械式壓印技術在研究早期也不被業界理解和認可。儘管當時的試驗成果已呈現出顛覆性進展，但也只有寥寥數人覺得該技術是有前途的，絕大多數行業人士仍持觀望或不相信態度。
在奈米壓印發明後的前四年（1995–1998年），幾乎沒有其他研究團隊發表任何與奈米壓印相關的工作。雖然在這種情況下，我個人對奈米壓印有充分的信心。我帶領團隊持續努力推動奈米壓印技術進步。在四年時間中發表了約20篇文章，不但把奈米壓印的尺寸做到更小，還實現了世界第一次用奈米壓印技術製造奈米電晶體、奈米光子器件和奈米磁性器件等。另外我們不僅發明了平板奈米壓印，還創新性的實現了滾筒壓印方式、氣壓印方式等，及發展了納米壓印膠。
到1999年，有5篇其他組發表的奈米壓印論文. 分別來自美國、瑞士、法國、日本和韓國的5個研究組。至此，奈米壓印技術開始逐漸得到了業界信賴和重視。
Q：當時受到質疑的時候，堅持下去的驅動力是什麼？
周院士：當時，基於多年的奈米壓印實驗資料和微納加工經驗，我知道我已經發明瞭一種革命性的技術，這將對整個納米制造領域產生深遠的影響。我相信，人類是聰明並具有創造力的，發生了太多看似不可能最終努力成為可能的事情，歷史證明我是對的。
回想起來，如果我當時因背批評和質疑而放棄了納米壓印技術話，那麼奈米壓印技術的領域，應用，及產業不知道將會推遲多少年; 同樣，也不知道有多少現在市場上因奈米壓印而得以商業化的奈米產品今天是否仍然有。
Q：奈米壓印技術提出至今近30年，這30年裡奈米壓印技術的應用與發展情況如何？
周院士：在發明奈米壓印的第一篇文章裡（1995），我就指出奈米壓印的最早的工業應用之一是奈米光學領域，特別是亞波長光學（meta-optics）。例如現在的VR/AR眼鏡的亞波長的光波導片，偏振片，光鏡等都採用的奈米壓印技術，VR/AR市場規模目前大概有幾十個億美元左右，且增速非常快。在市場前景吸引下，很多企業都在把目光投向了納米壓印技術。
奈米壓印技術還在LED、手機光學圖案、顯示器、亞波長鏡子，鐳射和探測器等領域有許多應用進展，這些器件具有小型化、高效化、低功耗等特點，在光學通訊、成像、檢測等領域具有廣泛的應用前景。
同時，在生物醫學領域，奈米壓印技術可以用於製造基因檢測器件、仿生材料、生物感測器以及醫學探測器等，以此來減小器件尺寸、提高檢測精度，具有很大的市場潛力。相信未來隨著技術不斷演進、軟體技術逐漸完善，還會衍生出很多新的應用場景，其前景無疑十分廣闊。
此外，半導體行業也開始用到奈米壓印技術，比如佳能推出的奈米壓印裝置能夠用於生產儲存器。相較於EUV光刻裝置的高昂成本，以及電費、水費、耗材等不菲的維護費用，奈米壓印裝置在半導體領域具備很大的成本優勢。
雖然佳能並未公佈其奈米壓印裝置的定價，但是佳能CEO此前曾表示，該奈米壓印裝置的價格將比ASML的EUV光刻機低一個數量級；據筆者瞭解，採用奈米壓印技術可使得整體裝置投資降低至EUV光刻產線裝置的40%水平。
Q：奈米壓印技術為何適用於製造儲存晶片？
周院士：奈米壓印技術非常適用於儲存晶片的製造，一方面是因為儲存廠商在晶片製造上對成本把控較為嚴苛，需要降低光刻成本，同時相對於擁有數十層不同電路結構的邏輯半導體來說，儲存晶片可以承受一定的製造中的缺陷而不影響成品率，放寬對缺陷的要求。這是因為儲存晶片上有許多備用的儲存單元，當某個儲存單元壞了，軟體可以讓一個備用儲存單元來代替。目前已有不少儲存廠商計劃使用奈米壓印技術來製造儲存晶片。
奈米壓印技術與儲存晶片相結合，能大大提高儲存廠商的生產效率，並大大地降低成本，有望為儲存晶片領域帶來革命性的技術革新。
此外，由於金屬或高介電常數材料有嚴重的光衍射和散射，傳統光刻在這些材料上處理非常細緻和複雜的結構時存在嚴重困難。相較之下，奈米壓印技術與光沒有關係，可給出高度精確的奈米級圖案，可以做EUV光刻做不了的奈米級圖案。另外奈米壓印可減少工藝步驟，實現更高的解析度和更小的線寬，進一步幫助晶片廠商降低生產成本，提高競爭力。
Q：當時是怎麼想到把傳統的壓印技術來做半導體工藝？
周院士：如果想要在研究領域有重大突破，一定要用不同於已有技術的新原理和新思路，這是我在半導體領域研究奈米壓印技術的初衷和初心。
但當時大家都覺得奈米壓印是一個非常crazy的想法，但實驗結果證明奈米壓印技術非常具有優勢，相較於吞吐量慢且需要花費很多準備工作的電子束光刻技術，奈米壓印技術寫入速度非常快，十分便利、高效。
Q：針對半導體領域，奈米壓印技術是完全不同於光刻技術的全新路徑，奈米壓印裝置切入晶片製造商現有產線的門檻高不高？
周院士：奈米壓印替代的只是光刻環節，只有光刻的步驟被奈米壓印技術代替，其他的刻蝕、離子注入、薄膜沉積等這些標準的晶片製造工藝是完全相容的，能很好的接入和相容現有產業，不用推翻重來。
最重要的就是行業廠商要有信心和興趣來使用奈米壓印技術。
Q：如何看待奈米壓印技術與光刻技術的關係？是相互取代還是並存？
周院士：我認為兩者是並存的關係，但光刻遠遠小於奈米壓印市場的規模。
因為從整個市場來看，光刻只適用於半導體領域，而比如電池、太陽能等很多需要大面積或在軟材料上去做奈米結構的應用，光刻技術都滿足不了，這些都是奈米壓印的市場。所以從這個角度來講，奈米壓印應用市場更廣泛，但在半導體領域與光刻或將是並存的關係。
Q：奈米壓印市場的生態現狀與產業佈局？
周院士：如今奈米壓印產業鏈上已經聚集了上百家公司，覆蓋裝置、模板、奈米壓印膠、材料、工藝、終端應用等諸多環節，包括國際前十大科技公司都在採用奈米壓印技術，可以預期該技術的未來市場增速很快。
與此同時，隨著越來越多的大公司瞭解到奈米壓印技術的優勢之後，會將該技術延伸到更多產品類別和應用領域，同時吸引初創企業採用奈米壓印技術來製造產品。
此外，隨著奈米壓印技術獨特效能的逐漸發掘和使用，也會反哺產業化應用程序的加速。在市場需求和技術創新的雙重驅動下，奈米壓印技術產業生態就像滾雪球一樣越滾越大，進而推動該技術實現新的突破和發展。
Q：中國在奈米壓印技術領域的進展如何？
周院士：中國在奈米壓印的裝置、材料、工藝和應用方面起步稍後，但這也是正常的，因為任何技術的發展都需要時間和過程。
但常常後來者居上。中國現在在奈米壓印方面有相當的實力。中國團隊有國內自生的及海外迴歸的。海外迴歸的包括在最早從事奈米壓印研究組的學生，目前有的已經回到中國來做奈米壓印相關的事情，比如葛海雄教授和羅剛博士等，都做的很不錯。同時，中國在製造成本方面存在優勢。
總的來看，隨著近幾年的迅猛發展，中國已經湧現出了一批備受資本和市場矚目的產業鏈企業，包括奈米壓印裝置、材料、工藝和應用等各環節的公司都在積極佈局，中國奈米壓印技術生態正在逐漸完善。中國是屬於市場需求型驅動的市場環境，預計未來奈米壓印技術在中國將迎來指數級的增長。
對此，筆者也觀察到，國內奈米壓印技術的發展勢頭如火如荼，眾多科研機構和企業紛紛投身其中，共同推動著技術的不斷創新和飛躍。同時，政府的大力扶持也為產業的蓬勃發展提供了堅實的後盾，為國產奈米壓印技術的崛起注入了強勁動力。
Q：對於奈米壓印技術的未來發展，有哪些建議？
周院士：奈米壓印做能做的東西太多了，目前最重要的事情應該是“教育市場、教育客戶”，因為很多公司還不知道奈米壓印技術的好處和優勢，他們還在用傳統的辦法來做產品。
另外，奈米壓印有很多獨特的性質，比如在光刻技術不適用的大面積奈米結構上，奈米壓印技術別具優勢，作為一種利用模板壓印方法大規模製備大面積微奈米結構的圖形化技術，具有重複性好、成本低及結構解析度高等優點。高通量、低成本、大面積的奈米結構製造技術對奈米結構工程的應用和產業化具有重要意義。
同時，相對於傳統光刻技術需用於襯底表面非常平，奈米壓印技術卻無這個要求，也可以和軟襯底保持良好的結合，不僅適於平面襯底，還可應用於具有曲率的非平面襯底，成為奈米結構製造領域內的有力工具之一。
Q：奈米壓印還存在哪些亟待解決的發展瓶頸？
周院士：儘管奈米壓印技術從原理上規避了投影鏡組高昂的價格和光學系統的固有物理限制，但從非接觸正規化的光學光刻到接觸式的奈米壓印，也衍生了一些新的技術難題。
例如，奈米壓印作為一種物理接觸式的加工技術，在模具和壓印膠接觸和分離的過程中都容易引入缺陷，比如顆粒、粘膠、氣泡等缺陷。不過這個問題隨著奈米壓印工藝和材料的不斷改進，近幾年已經得到了越來越好的解決。此外，針對多層結構的產品製造，奈米壓印技術目前還受到對準精度方面的限制。
但是，業界已經開發了許多創造性的方案來解決這些問題。例如，透過光束區域性加熱來解決對準問題。
我深信，將來會有更多創造性的技術方案來解決存在的問題。人類一再證明，可以使不可能成為可能！
據筆者瞭解，壓印模板需要與承載壓印膠的基臺精確對準與貼合，需要精密的機械裝置配合檢測裝置實施壓印過程。然而現有奈米壓印裝置在對準方面缺少高精密的調準機構，可能會帶來多方向的偏差。
不過，任何一項技術從實驗室走向成熟，都會面對種種問題和限制，都需要在發展過程中逐漸完善，解決這些問題。
Q：展望未來，奈米壓印技術走勢如何？創新方向在哪？
周院士：從市場層面來看，隨著產業鏈公司的積極佈局和探索，奈米壓印技術的產值會增長非常快，從目前的大概近100億美元市場規模，很快將超過一千億美元，而且迅速擴充套件到更多的公司來使用該技術。展望未來，奈米壓印市場規模將有望達到一萬億美元。
從技術角度講，奈米壓印是一個多科學綜合的技術，所以其技術創新需要各學科、各領域都向前發展，一起向前推進。
奈米壓印技術，引領先進納米制造新革命
奈米壓印技術作為奈米科技領域的一次革命性突破，自1995年發明以來，便以其優異的高分辨、低成本、高產能等技術特性，在科技界引起了廣泛關注。
作為一種具有奈米級精度的先進製造技術，奈米壓印技術曾被美國麻省理工科技週刊評為“將改變世界的十大新興技術之一”，被納入到國際半導體產業技術發展藍圖（ITRS）。
至今經歷了近30年的奈米壓印技術發展歷程，正逐步滲透到各個高科技產業，推動著奈米技術從基礎研究到工業應用的全方位創新。
隨著技術的不斷成熟和完善，奈米壓印技術必將在未來精密納米制造領域和未來奈米技術的發展及應用中扮演更加重要的角色，為人類社會的科技進步和產業升級貢獻不可估量的力量。
正如在採訪尾聲，周院士回顧其這些年來的工作歷程時所說：“我非常高興能夠發明奈米壓印這一技術，而且把它推到了許多不同的領域裡和一個很大的市場，創造了很多有價值的產品，也創造了很多工作，為社會增加了財富，我覺得這是我一生中非常有意義和幸運的事情。”
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