ASML官宣：更先进的Hyper NA光刻机开发已经启动

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日前，ASML 技术高级副总裁 Jos Benschop 表示，ASML 已携手光学组件独家合作伙伴蔡司，启动了 5nm 分辨率的 Hyper NA 光刻机开发。这一举措标志着半导体光刻技术向物理极限发起的又一次冲击。
目前的 TWINSCAN EXE:5000 光刻系统采用 High NA（0.55NA）光学系统，分辨率可达 8nm。High NA EUV 是 ASML 在极紫外光刻（EUV）技术基础上的革命性升级。通过将光学系统的数值孔径（NA）从 0.33 提升至 0.55，其分辨率从 13.5nm（半节距）跃升至 8nm（半节距），可支持 2nm 及以下制程节点的单次曝光，是推动半导体工艺向原子级尺度微缩的核心工具。
在技术实现方面，传统 EUV 系统（NA=0.33）受限于光学元件尺寸和光线入射角。而 High NA 通过蔡司研发的米级反射镜系统，将 θ 扩大至更接近 90°，同时采用交替钼硅层结构的多层镀膜技术（反射率 > 70%），成功实现 NA=0.55。
High NA 研发工作大约于 2016 年启动。2023 年，ASML 交付了首款 High-NA EUV 系统，其数值孔径由传统 EUV 的 0.33 提升至 0.55，分辨率也由 13.5nm 提升到了 8nm，可实现 16nm 的最小金属间距。这一技术对于 2nm 以下制程节点极为关键，即便对于 1nm 节点技术，也能提供有效的解决方案。
High NA 光刻机能够在单次曝光中完成传统 EUV 需要多次光刻的精细图案，不仅减少了掩膜使用和曝光次数，降低了工艺复杂度和出错概率，同时也有助于提高生产效率和良率。随着半导体技术的不断进步，对更小制程的需求日益增长，这推动了更高分辨率光刻机的研发。此次 Hyper NA 光刻机的开发，正是为了满足未来更先进的芯片制造需求。
那么，到底什么是 Hyper NA 呢？光刻分辨率由公式 CD = kλ / NA 决定（CD 为最小线宽，k 为工艺系数，λ 为波长，NA 为数值孔径），其中 “NA”（Numerical Aperture，数值孔径）是光学系统的关键参数，直接影响光刻机的分辨率。
Hyper NA 的中文释义是超高数值孔径，是 ASML 在 High-NA（0.55NA）基础上进一步研发的下一代光刻技术。Hyper NA 旨在通过模块化光学系统设计（兼容 Low-NA、High-NA、Hyper NA），将设备生命周期从 10 年延长至 20 年以上，覆盖从当前 2nm 节点到埃米级（0.1 - 1nm）制造的全场景需求。
不过，Hyper NA 的实现面临着诸多挑战。例如，EUV 光无法通过透镜折射，需依赖多层反射镜。Hyper-NA 需要设计更大孔径的反射镜，以捕获更多光线并实现更陡峭的入射角，同时还要保持原子级精度的表面平整度；更高的 NA 意味着更大的能量输入，反射镜的热变形风险显著增加，因此需开发新型冷却系统和热补偿技术。
ASML 联合蔡司开发 Hyper NA 光刻机，一个重要原因在于 Hyper NA 的光学系统极为复杂。设计和制造适用于 Hyper NA 的光学系统面临诸多挑战，如需要更高的精度来保证光学元件的形状、尺寸和表面质量，以减少像差和光线损耗；同时，由于光线入射角度更大，对光学元件的材料性能和涂层技术也有更高的要求，如需要具备更高的反射率、更低的吸收率和更好的抗反射性能等。
业内人士称，即便解决了技术挑战，蔡司的米级反射镜需在真空环境中完成纳米级加工与检测，设备体积庞大，初期产能也有限。另外，Hyper NA 的价格预计会非常高昂，单台价格可能超过 5 亿美元，或落在 7 - 8 亿美元区间。
根据此前 imec 的预计，凭借晶体管技术以及先进制造工具的出现，2030 年将进入 7 埃米（0.7nm）时代，2032 年有望进化到 5 埃米（0.5nm），2036 年有望实现 2 埃米（0.2nm）。因此，Hyper NA 光刻机有望在 2030 年之前亮相。不过，对于量产时间，Jos Benschop 称，ASML 尚未设定 Hyper NA 光刻机推出的目标日期。