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[业界/制造] ASML官宣:更先进的Hyper NA光刻机开发已经启动

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    发表于 2025-7-7 00:08:35 | 显示全部楼层 |阅读模式

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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。

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