下一代EUV光刻机，ASML这样说

在ASML全球各地的办公室，都粘贴着一个光学领域的公式——瑞利准则。

其中，CD （critical dimension）是临界尺寸，用以衡量光刻系统可以印刷的最小结构的尺寸；λ是光源的波长；NA为数值孔径，表示光线的入射角；k1 一个是与光学和工艺优化相关的常数。

如公式所示，为了让CD更小，在k1不变的情况下，可以缩小λ，或者提高NA。这也正是过去多年光刻机光源从波长为365nm的i-line、KrF、ArF、ArF Immersion向波长为13.5nm的EUV演进的原因。

至于NA方面，按照ASML所说，使用较大NA 的透镜/反射镜，可以打印较小的结构。而除了更大的镜头外，ASML还通过在最后一个镜头元件和晶圆之间保持一层薄薄的水膜，利用水的breaking index 来增加 NA（所谓的浸没系统），从而增加了我们 ArF 系统的 NA。而在波长向 EUV 迈进之后，ASML 也正在开发下一代 EUV 系统——EUV 0.55 NA（高 NA），我们将数值孔径从 0.33 提高到 0.55。

ASML解析道，光刻系统本质上是一个投影系统。例如在其DUV 系统中，光线通过将要打印的图案蓝图（称为“mask”或“reticle”）投射；而在EUV 系统中，光通过reticle反射。通过在光中编码图案（pattern encoded），系统的光学器件会收缩（shrink）并将图案聚焦到光敏硅片上。图案打印完成后，系统会稍微移动晶圆，并在晶圆上制作另一份副本。

在芯片制造过程中，光刻机不断重复这个过程，直到晶圆被图案覆盖，完成晶圆芯片的一层。要制作完整的微芯片，需要逐层重复此过程，堆叠图案以创建集成电路 (IC)。按照ASML解析说，最简单的芯片有大约 40 层，而而最复杂的芯片可以有 150 多层。

“要打印的特征的大小因层而异，这意味着不同类型的光刻系统用于不同的层——我们最新一代的 EUV 系统用于具有最小特征的最关键层，而我们的 ArFi， ArF、KrF 和 i-line 系统可用于具有较大特征的不太关键的层。”ASML在财报中说。

如上文所说，为了在关键层做更小的CD，ASML正在推进数值孔径为0.55的High-NA光刻机，Martin van den Brink表示，客户将在2024到2025间在其上面进行研发，并有望在2025到2026年间进行大规模量产。

在去年九月接受荷兰媒体bits-chips采访的时候Martin van den Brink曾直言：“光刻技术的过渡期很糟糕。因为如果你搞砸了，事情就会变得一团糟，尤其是现在这个组织已经这么大了。”他同时也指出，和从DUV向EUV演进不一样，对于High-NA光刻机，风险会小很多，这主要是因为设备上的基础设施改变不大。

“开发High-NA 技术的最大挑战是为 EUV 光学器件构建计量工具。High-NA 反射镜的尺寸是前一代产品的两倍，并且需要在 20 皮米内保持平坦。要实现这些目的，需要在一个大到‘你可以在其中容纳半个公司’的真空容器中进行验证。”Martin van den Brink说。

Martin van den Brink表示，在2017年刚开始启动High NA EUV项目的时候，他认为这将是EUV光刻机的最后一个NA，因为当时的他认为，High NA来得太晚了，没有足够的微缩能够来收回投资。他同时还透露，最开始其合作伙伴蔡司也不是很想参与这个项目。

虽然困难重重，但High NA EUV光刻机就快成为现实了。正如报道中所说，半导体业界还想知道的一个事情是，High-NA是否还有继任者。

报道指出，ASML 的技术副总裁 Jos Benschop 已经在2021年的 SPIE 高级光刻会议上透露，可能的替代方案，即波长的新台阶，不是一个选择。这与角度有关——EUV 反射镜反射光的效率在很大程度上取决于入射角。波长的降低会改变角度范围，这样透镜就必须变得太大而无法补偿。虽然ASML 正在研究它，但Van den Brink表示，就个人而言，他不认为 hyper-NA 会被证明是可行的。“我们正在研究它，但这并不意味着它会投入生产。多年来，我一直怀疑 high-NA 将是最后一个 NA，而且这个信念没有改变。”Van den Brink说。

据他所说，从技术上看，hyper-NA（高于0.7，可能是0.75）理论上是可以做到的。但他也同时提出：市场上还有多少空间可以容纳更大的镜头？我们可以出售这些系统吗？他在当时还强调，如果Hyper-NA 的成本增长速度与我们在 high-NA 中看到的一样快，那么它在经济上几乎是不可行的。

但是，在日前的财报中，Van den Brink说，我可以谈论 NA 高于 0.7 的 EUV（称为 Hyper NA）可能在本十年结束后不久成为现实（I could talk about EUV with an NA higher than 0.7 (known as Hyper NA) potentially becoming a reality shortly after the end of this decade）；。然而，接下来最合适的指南实际上是：这一切都取决于成本。我们需要越来越多地关注降低成本——这意味着不是减少资源，而是确保我们推向市场的解决方案更简单、更可持续、更有效、更易于维护、更易于制造且更具可扩展性。

Van den Brink强调，如果我在不了解对这些产品施加的成本和复杂性限制，就贸贸然转向下一个产品是不负责任的。这也正是ASML对将于 2023 年上市的新型光学计量系统所做的。公司在紧张的成本参数范围内重新审视了这个项目，并且已经能够实现比以前更具成本效益许多倍的新技术。同样，ASML正在继续努力控制当前0.33 NA EUV 系统以及High-NA 和 Hyper-NA 系统的成本，以确保微缩的需求仍然强劲。

“十年前，当我们开发 High-NA 时，我们无法想象 NA 超过 0.55 甚至存在。所以 Hyper-NA 是非常非常难以实现的。很棒的是我们的业务和研发能力可以同时处理所有这些事情。我们可以开发像 Hyper-NA 这样的技术，同时关注成本控制、简单性、可持续性、可制造性和可维护性。”Van den Brink在财报中说。

换而言之，Hyper-NA EUV光刻机可能真的要成为现实了。