電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報道，日前，ASML 技術高級副總裁 Jos Benschop 表示，ASML 已攜手光學組件獨家合作伙伴蔡司，啟動了 5nm 分辨率的 Hyper NA 光刻機開發(fā)。這一舉措標志著半導體光刻技術向物理極限發(fā)起的又一次沖擊。
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目前的 TWINSCAN EXE:5000 光刻系統(tǒng)采用 High NA（0.55NA）光學系統(tǒng)，分辨率可達 8nm。High NA EUV 是 ASML 在極紫外光刻（EUV）技術基礎上的革命性升級。通過將光學系統(tǒng)的數(shù)值孔徑（NA）從 0.33 提升至 0.55，其分辨率從 13.5nm（半節(jié)距）躍升至 8nm（半節(jié)距），可支持 2nm 及以下制程節(jié)點的單次曝光，是推動半導體工藝向原子級尺度微縮的核心工具。
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在技術實現(xiàn)方面，傳統(tǒng) EUV 系統(tǒng)（NA=0.33）受限于光學元件尺寸和光線入射角。而 High NA 通過蔡司研發(fā)的米級反射鏡系統(tǒng)，將 θ 擴大至更接近 90°，同時采用交替鉬硅層結構的多層鍍膜技術（反射率 > 70%），成功實現(xiàn) NA=0.55。
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High NA 研發(fā)工作大約于 2016 年啟動。2023 年，ASML 交付了首款 High-NA EUV 系統(tǒng)，其數(shù)值孔徑由傳統(tǒng) EUV 的 0.33 提升至 0.55，分辨率也由 13.5nm 提升到了 8nm，可實現(xiàn) 16nm 的最小金屬間距。這一技術對于 2nm 以下制程節(jié)點極為關鍵，即便對于 1nm 節(jié)點技術，也能提供有效的解決方案。
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High NA 光刻機能夠在單次曝光中完成傳統(tǒng) EUV 需要多次光刻的精細圖案，不僅減少了掩膜使用和曝光次數(shù)，降低了工藝復雜度和出錯概率，同時也有助于提高生產效率和良率。隨著半導體技術的不斷進步，對更小制程的需求日益增長，這推動了更高分辨率光刻機的研發(fā)。此次 Hyper NA 光刻機的開發(fā)，正是為了滿足未來更先進的芯片制造需求。
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那么，到底什么是 Hyper NA 呢？光刻分辨率由公式 CD = kλ / NA 決定（CD 為最小線寬，k 為工藝系數(shù)，λ 為波長，NA 為數(shù)值孔徑），其中 “NA”（Numerical Aperture，數(shù)值孔徑）是光學系統(tǒng)的關鍵參數(shù)，直接影響光刻機的分辨率。
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Hyper NA 的中文釋義是超高數(shù)值孔徑，是 ASML 在 High-NA（0.55NA）基礎上進一步研發(fā)的下一代光刻技術。Hyper NA 旨在通過模塊化光學系統(tǒng)設計（兼容 Low-NA、High-NA、Hyper NA），將設備生命周期從 10 年延長至 20 年以上，覆蓋從當前 2nm 節(jié)點到埃米級（0.1 - 1nm）制造的全場景需求。
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不過，Hyper NA 的實現(xiàn)面臨著諸多挑戰(zhàn)。例如，EUV 光無法通過透鏡折射，需依賴多層反射鏡。Hyper-NA 需要設計更大孔徑的反射鏡，以捕獲更多光線并實現(xiàn)更陡峭的入射角，同時還要保持原子級精度的表面平整度；更高的 NA 意味著更大的能量輸入，反射鏡的熱變形風險顯著增加，因此需開發(fā)新型冷卻系統(tǒng)和熱補償技術。
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ASML 聯(lián)合蔡司開發(fā) Hyper NA 光刻機，一個重要原因在于 Hyper NA 的光學系統(tǒng)極為復雜。設計和制造適用于 Hyper NA 的光學系統(tǒng)面臨諸多挑戰(zhàn)，如需要更高的精度來保證光學元件的形狀、尺寸和表面質量，以減少像差和光線損耗；同時，由于光線入射角度更大，對光學元件的材料性能和涂層技術也有更高的要求，如需要具備更高的反射率、更低的吸收率和更好的抗反射性能等。
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業(yè)內人士稱，即便解決了技術挑戰(zhàn)，蔡司的米級反射鏡需在真空環(huán)境中完成納米級加工與檢測，設備體積龐大，初期產能也有限。另外，Hyper NA 的價格預計會非常高昂，單臺價格可能超過 5 億美元，或落在 7 - 8 億美元區(qū)間。
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根據(jù)此前 imec 的預計，憑借晶體管技術以及先進制造工具的出現(xiàn)，2030 年將進入 7 埃米（0.7nm）時代，2032 年有望進化到 5 埃米（0.5nm），2036 年有望實現(xiàn) 2 埃米（0.2nm）。因此，Hyper NA 光刻機有望在 2030 年之前亮相。不過，對于量產時間，Jos Benschop 稱，ASML 尚未設定 Hyper NA 光刻機推出的目標日期。