高NA EUV光刻技术面临三重挑战：多重曝光延续、焦深限制与极薄光刻胶困局
06/04/2025, 05:00 PM UTC
High-NA EUV光刻技术的营销困局：多重曝光实践曝光，焦深问题避而不谈High-NA Hard Sell: EUV Multi-patterning Practices Revealed, Depth of Focus Not Mentioned
➀ 0.55数值孔径高NA EUV通过增加衍射级数提升成像质量，但30nm以下的焦深限制导致实际应用困难；
➁ 尽管厂商宣传高NA可避免多图案化，但0.33 NA EUV仍需双重/四重曝光，且该模式可能延续至高NA节点；
➂ 光刻胶厚度需小于30nm的限制加剧了光子散粒噪声与底层电子干扰问题，未来Hyper-NA技术挑战更大。
➀ High-NA EUV (0.55 numerical aperture) improves imaging quality with more diffraction orders but faces depth of focus limitations under 30nm;
➁ Despite vendor claims, multi-patterning remains necessary for 0.33 NA EUV and may persist with High-NA scaling;
➂ Ultra-thin resist requirements (<30nm) exacerbate photon noise and secondary electron interference challenges for next-gen nodes.
在高数值孔径（High-NA）EUV光刻系统中，数值孔径从0.33提升至0.55的技术升级被宣传为可避免传统EUV系统的多重曝光需求。但最新研究表明，这一论断存在显著 技术保留。
从光学原理来看，更高NA确实能通过捕捉更多衍射级显著改善成像坡度（NILS），理论上可将36nm通孔直接单次成像（图1）。然而实际应用中，业界仍在采用0.33 NA EUV+双重曝光的组合，这源于光刻胶厚度与曝光剂量的矛盾——为实现单次曝光需要将剂量提升至>100mJ/cm²，但这会导致光刻胶过度损耗（图2）。更关键的是，即使是0.55 NA系统，当特征尺寸按比例缩小至21.6nm时，依然可能需双重曝光。
焦深问题构成更深层挑战：高NA系统由于衍射角度范围扩大，造成高频与低频光波的相位差加剧（图5）。实验显示40nm节距线条在15nm离焦时即出现明显形变，导致可用焦深被压缩至30nm以下。这意味着光刻胶厚度不得高于30nm，且需承受显影后残留50%厚度的极限工艺要求——这不仅加剧了EUV光子散粒噪声，更暴露于底层材料二次电子的干扰之中。
这项研究揭示出光刻技术演进的关键矛盾：当行业试图通过几何光学改进突破制程节点时，量子效应与材料极限正在形成新的物理壁垒。Hyper-NA（0.75+）系统的前景因此蒙上阴影，迫使业界重新审视多光束电子束直写等替代方案的技术经济性。
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