Hyper NA EUV：ASML公布下一代光刻蓝图，5nm单次曝光

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）2026 年 10 月，半导体设备巨头 ASML 与其长期光学合作伙伴蔡司（Carl Zeiss）在《微纳米图案化、材料与计量期刊》（Journal of Micro/Nanopatterning, Materials, and Metrology）上发表了一篇题为《Hyper-NA: a system with a numerical aperture of at least 0.75》的研究论文。这篇技术概念性论文正式揭示了现有最强光刻机 High NA EUV 的演进方向 ——Hyper NA EUV，为近十年的产业需求描绘了蓝图。

从 0.55 到 0.75：一场关于 “收集光” 的军备竞赛

理解 Hyper NA，绕不开一个朴素的物理事实：光刻机分辨电路特征的能力，与数值孔径（NA）直接相关。光刻的分辨率公式朴素到近乎残酷：分辨率 ≈ k₁ × λ / NA。其中 λ 是光源波长（EUV 固定为 13.5 纳米），k₁是工艺因子（取决于抗蚀剂、掩模、照明与计算光刻的配合），NA 是数值孔径。波长被物理锁死，k₁已被压榨到接近理论下限，剩下的唯一杠杆就是 NA。NA 越大，镜头收集光的能力越强，系统能分辨的电路特征尺寸就越小。

论文明确给出 Hyper NA 的技术路线 —— 将数值孔径从 High NA 的 0.55 提升到至少 0.75。根据论文，这一提升可使光刻机在 13.5 纳米波长的 EUV 光下，实现约 5 纳米半间距的光学分辨率；半间距是衡量重复线间距的指标，这比 High NA EUV 约 8 纳米的分辨率缩小了逾三分之一，有望将精细电路对多重图案化的依赖降至最低。

在先进制程里，分辨率从来不是唯一的成本项，曝光次数才是。双重、四重乃至更多重图形化（multi-patterning）会把掩模数、套刻次数、缺陷概率和周期时间成倍放大。每一次额外曝光都会带来良率折损与成本上涨。因此，如果 Hyper NA 真能用一次曝光实现 5nm 级特征，它节省的不只是光，而是整条产线的复杂度。

论文同时给出一个同样重要的时间坐标：这台机器 “预计约 10 年后准备就绪”。

生态友好的升级：为什么这次不用推倒重来

Hyper NA EUV 设计哲学的关键词是 “复用”。论文强调，该架构旨在最大化沿用现有基础设施，以降低芯片制造商的转换成本和风险。

首先是光源兼容，现有的锡等离子体 EUV 光源（LPP）可以直接复用。即使未来采用自由电子激光（FEL）等新型光源，Hyper NA 的照明系统设计也无需改变，这为 xLight 等研发 FEL 光源的初创企业提供了清晰的集成路径。

其次，反射镜不再是瓶颈。蔡司已经能够制造精度足以支撑 Hyper NA 的反射镜 —— 在 EUV 光刻机中，每一面镜子的面型精度都要达到原子级，这曾是 High NA 最大的制造挑战之一。

此外，新设备的物理尺寸仅比现有 High NA 机台 “略大”，而非成倍膨胀。论文的模拟显示，现有掩模基础设施（包括低 n 或高 k 吸收层）可在无需重大修改的情况下复用。

对于正在为 High NA 巨资建厂的芯片巨头来说，这三点意味着无需重建整套光刻生态。供应链、厂房、工艺 know-how 的边际成本，都能被最大限度摊薄。这是 ASML 在向客户传递一个明确信号：Hyper NA 不是一次冒险，而是一场 “可预期的进化”。

同时，蔡司的反射镜突破消除了 Hyper NA 最大的不确定性，这项创新的意义重大。EUV 会被几乎所有物质吸收，包括空气。因此整个光路必须处于真空之中，且无法使用透镜，只能依靠多层膜反射镜。蔡司为 High NA 设计的投影物镜由多达八面非球面反射镜组成，其中部分镜面尺寸达到创纪录的量级，表面形面精度控制在皮米（pm）级别。

从 0.55 走到 0.75，难度并非线性增加，而是呈指数级上升：

第一，镜面更大，但光不能丢。NA 越大，光线入射角越陡，对多层膜布拉格反射的角带宽要求越高。而多层膜的反射率本身就有天花板（单层界面反射率有限，数十层叠加后系统透过率仍会持续衰减）。NA 往上推，光子预算就会往下掉 —— 这意味着要么光源功率必须跟上，要么产率（wafers per hour）就要牺牲。这是 Hyper NA 最硬的物理约束之一。

第二，热变形与辐照损伤。每一面镜子吸收的哪怕只是万分之几的能量，在高功率 EUV 下也会累积成可观的热负载，进而导致形面漂移。皮米级的精度容不下毫开尔文级的温差。

第三，掩模与像差的新物理。NA 增大后，掩模三维效应（mask 3D effect）、阴影效应（shadowing）以及偏振态管理都会显著恶化。此外，更大的 NA 通常伴随更严重的像场压缩或更复杂的非共轴设计，可用曝光视场可能随之缩小，反过来侵蚀单片晶圆的产出效率。

核心挑战：景深收缩与工艺窗口收窄

更高的 NA 带来了分辨率，也带来了严峻的物理挑战，核心是可用焦深（DoF）的显著降低。

与 0.55 NA 相比，0.75 NA 的焦深约减小一半，这要求光刻胶薄膜必须更薄，同时扫描台的聚焦控制、晶圆平整度以及工艺控制能力都需大幅改进，以确保图案在更严苛的焦深范围内清晰成像。

在小尺寸下，光波的矢量效应显著，不同偏振态的成像对比度差异增大。虽然偏振照明可恢复部分对比度，但会伴随显著的光能损失，需权衡边缘放置误差（EPE）的散粒噪声贡献与对比度增益。论文指出，Hyper NA 系统将主要支持非偏振照明以避免效率损失，但可通过在照明系统中添加线性偏振器等简单扩展来实现特定图案所需的偏振配置。

另外，更薄的光刻胶需在减少厚度的同时保持足够的吸收和抗蚀刻性。这可能需要转向金属氧化物等干法光刻胶，将金属质量分数从当前的约 1/4 提高到 1/2。

当前产业界正集中精力消化 High NA EUV 技术，其采用时间表为 Hyper NA 的落地划定了节奏。从台积电、英特尔和三星等公司的采用计划来看，在 2020 年代剩余时间里，High NA EUV 将是先进制程的绝对主力，Hyper NA EUV 的研发与产业化瞄准的是 2035 年之后的产业需求。ASML 已启动相关研发，但尚未承诺投入生产，这反映了技术成熟度与市场时机之间的审慎平衡。

结语

Hyper NA EUV 的蓝图，是 ASML 与蔡司在 High NA EUV 量产前夕对未来十年的一次前瞻性技术锚定。它通过一次精巧的光学参数跃迁，在追求分辨率极限的同时，极力维系着现有生态的连续性，展现了在物理极限与经济现实之间寻求平衡的工程智慧。然而，景深收缩带来的工艺挑战、以及更远未来必将到来的波长变革，都提醒着摩尔定律的延续从未一帆风顺。对于产业而言，接下来的十年将是 High NA EUV 攻坚克难的十年，也是 Hyper NA 从概念走向工程的十年。这场光刻技术的接力赛，才刚刚交接第一棒。

Hyper NA EUV：ASML公布下一代光刻蓝图，5nm单次曝光图1

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