晶片電路還能縮得多小？荷蘭半導體設備大廠 ASML 與其光學夥伴蔡司（Zeiss）正研發下一代極紫外光（EUV）曝光技術 Hyper NA，目標將單次曝光解析度推進至約 5 奈米半間距（Half-pitch）。《Reuters》近日報導，ASML 尚未承諾量產，但表示這項技術有望約十年後準備就緒。
值得注意的是，Hyper NA 並未改用更短波長的光源，而是延續現有 EUV 技術，透過提高數值孔徑（NA）改善解析度。然而，提高 NA 並非沒有代價，ASML 與蔡司研究團隊在 10 月發表的技術論文中，揭露這條微縮路線如何兼顧既有設備與製造成本，以及繼續推進時可能遇到的限制。
ASML 選擇提高 NA，為何不直接更換 EUV 光源？
EUV 的曝光解析度主要受到光源波長、數值孔徑（NA）及製程條件影響。簡單來說，提高 NA 或縮短波長，都有助於呈現更精細的圖案。傳統 EUV 的 NA 為 0.33，High NA 提升至 0.55，而 Hyper NA 則瞄準至少 0.75，實現約 5 奈米半間距的光學解析度。這裡的 5 奈米並非晶片製程節點。
為什麼 ASML 不直接改用更短波長？根據其 10 月研究，過去微影技術通常優先提高 NA，直到難以繼續提升，才轉向更短波長，主要原因是沿用既有設備與製造基礎設施，在經濟上更有利。
Hyper NA 延續這套思路，保留現有 13.5 奈米 EUV 光源。前述研究指出，0.75 NA 的投影光學系統可維持與現有 High NA 幾乎相同的空間需求，也能整合至 ASML 未來的高生產力曝光機平台。
光罩同樣是關鍵，提高 NA 原本會增加光線照射光罩的角度，影響既有技術的適用性。但該研究團隊透過光學與機械設計調整，將光罩端最大入射角的增加幅度控制在約 1 度，使現有光罩基礎設施有望在少量甚至無須修改的情況下繼續使用。
NA 還能提高多少？0.85 NA 設計揭露微縮限制
該篇 10 月研究指出，研究團隊已提出最高達 0.85 NA 的光學設計，但繼續提高 NA 會明顯增加光學系統尺寸，對晶圓廠空間及設備製造成本帶來更大負擔。相較之下，0.75 NA 能在提升解析度的同時，維持與 High NA 相近的設備空間需求，因此更具實際導入潛力。
即使如此，0.75 NA 仍有技術挑戰。其中之一是景深（Depth of Focus），也就是曝光圖案能維持清晰的對焦範圍。研究使用的理想化模型顯示，從 0.55 提高至 0.75 NA，景深約縮小一半，意味著晶圓平整度、對焦控制與光阻厚度都需要進一步改善。
為了提前開發適用於 Hyper NA 的光阻，研究團隊也提出一套 0.75 NA 微型曝光設備（Micro-Exposure Tool）設計概念，讓材料研發不必等到完整商用曝光機問世才開始。
那麼，Hyper NA 之後還能繼續提高 NA 嗎？研究人員認為，當 NA 超越約 0.75~0.85 的範圍，進一步提升將逐漸面臨實際限制，下一代曝光設備可能需要改採更短波長，例如 6.7 奈米。不過，相關光源、反射鏡鍍膜、光阻與光罩技術仍處於學術研究階段，尚未走向產業化。
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＊本文開放合作夥伴轉載，資料來源：《Reuters》、《Journal of Micro/Nanopatterning, Materials, and Metrology》，首圖來源：ASML
