在光刻機(jī)領(lǐng)域，NA（數(shù)值孔徑）是一個(gè)決定光刻性能的重要參數(shù)。雖然它是個(gè)物理概念，但它對(duì)芯片制造的影響極其關(guān)鍵，決定了圖形能夠“刻”得多細(xì)、多精確。

一、什么是NA？

NA，全稱數(shù)值孔徑，是衡量光刻鏡頭“捕捉”光線能力的一項(xiàng)指標(biāo)。你可以把它理解為鏡頭能看到多寬的角度。角度越大，系統(tǒng)就越“靈”，能夠看清更細(xì)小的圖案，也就是提升分辨率。

在光刻中，我們的目標(biāo)是把掩膜上的精細(xì)圖案轉(zhuǎn)印到晶圓上，而NA越高，圖案就能刻得越細(xì)。NA的提升，相當(dāng)于給光刻機(jī)戴上了更清晰、更強(qiáng)大的“眼鏡”。

二、NA的重要性

1. 決定圖形的精度

芯片越先進(jìn)，圖形就越微小。NA越大，光刻機(jī)就能分辨更細(xì)微的線條和間距，滿足先進(jìn)制程的需求。沒有高NA，就無法制造出像7納米、3納米這樣高性能的芯片。

2. 影響景深

雖然NA越高越好，但它也有副作用。比如，當(dāng)NA升高時(shí)，景深會(huì)變淺。景深就像相機(jī)的對(duì)焦范圍，一旦景深太淺，對(duì)晶圓表面的平整度、光刻對(duì)準(zhǔn)的要求也就變得更高。這意味著生產(chǎn)過程會(huì)更復(fù)雜、設(shè)備更昂貴。

三、NA的技術(shù)演變

早期光刻機(jī)

最初的光刻機(jī)使用紫外線光源，NA值不高，只能制造較大尺寸的電路圖案，適用于90納米甚至更大尺寸的芯片。

液浸光刻技術(shù)

后來發(fā)展出液浸技術(shù)：在鏡頭和晶圓之間注入一種透明液體，進(jìn)一步提高NA。這一技術(shù)推動(dòng)了45納米、28納米甚至7納米制程的實(shí)現(xiàn)。液浸光刻的NA一般在1.35左右，這已經(jīng)是傳統(tǒng)透鏡結(jié)構(gòu)的極限。

EUV技術(shù)

再往后進(jìn)入EUV（極紫外）光刻階段，采用更短波長的光。雖然第一代EUV光刻機(jī)的NA只有0.33，但因?yàn)楣獾牟ㄩL極短，依然可以刻出7納米及以下的圖案。

High-NA EUV

為繼續(xù)突破分辨率極限，目前全球正在研發(fā)High-NA EUV光刻機(jī)，NA值提升到0.55。這類設(shè)備可以滿足2納米甚至更先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的需求，是芯片制造未來的關(guān)鍵設(shè)備。代表設(shè)備是ASML公司開發(fā)的NXE:5000系列。

四、NA提升的挑戰(zhàn)

雖然NA越大越好，但技術(shù)實(shí)現(xiàn)非常困難：

鏡頭制造難度高：高NA要求極高精度的鏡片加工，尤其是在EUV這種反射鏡系統(tǒng)中，制作誤差必須控制在納米級(jí)。

曝光面積變小：NA增加會(huì)導(dǎo)致一次曝光的面積變小，意味著需要更多步驟才能完成整個(gè)晶圓的圖形轉(zhuǎn)印，效率下降。

成本飆升：高NA光刻機(jī)的制造和運(yùn)行成本都非常高，一臺(tái)設(shè)備動(dòng)輒數(shù)億美元，維護(hù)也非常復(fù)雜。

圖形變形控制難度加大：當(dāng)分辨率越來越高時(shí)，哪怕掩膜上的一點(diǎn)點(diǎn)誤差、溫度變化都可能導(dǎo)致芯片失效。

五、NA與行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)

NA的提升不僅是技術(shù)挑戰(zhàn)，更是全球科技競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。掌握高NA光刻技術(shù)，意味著擁有制造最先進(jìn)芯片的能力。目前全球能制造高NA EUV光刻機(jī)的公司只有ASML，相關(guān)技術(shù)壁壘極高。它不僅是技術(shù)的制高點(diǎn)，也是全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要戰(zhàn)略資源。

六、總結(jié)

NA雖然是一個(gè)物理參數(shù)，但它在光刻機(jī)中的地位非常突出。它直接影響了芯片的分辨率和制造精度。隨著制程節(jié)點(diǎn)不斷向2納米、1.4納米推進(jìn)，光刻機(jī)的NA也從早期的0.6、0.9，一步步提升到了1.35、0.33，再到即將投入使用的0.55。