Die nächste EUV-Generation Zeiss und ASML planen Hyper-NA-EUV mit numerischer Apertur von mindestens 0,75

High-NA-EUV hat gerade einmal die Serienfertigung erreicht, doch die Entwickler von Zeiss und ASML denken bereits voran. Hyper-NA soll die numerische Apertur von 0,55 auf mindestens 0,75 erhöhen und Strukturen bis etwa 5 nm Half-Pitch mit einer einzelnen Belichtung ermöglichen.

Mit High-NA-EUV ist die nächste Generation der Halbleiterlithografie gerade erst in der industriellen Fertigung angekommen. Ingenieure von Carl Zeiss SMT und ASML beschäftigen sich dennoch schon mit dem nächsten Schritt. Im April 2026 beschrieben sie bereits im Rahmen einer SPIE-Publikation ein EUV-System mit einer numerischen Apertur von mindestens 0,75. Die Autoren nennen das Konzept „Hyper-NA“. Nachdem Reuters die Arbeit Anfang Oktober aufgegriffen hat, erhält das Konzept nun auch außerhalb der Lithografie-Fachwelt größere Aufmerksamkeit.

Die etablierte EUV-Lithografie arbeitet mit einer numerischen Apertur von 0,33. Bei High-NA steigt sie auf 0,55. Hyper-NA soll sie laut Fachartikel auf mindestens 0,75 erhöhen. Dadurch könnte Hyper-NA regelmäßig wiederkehrende Linienstrukturen mit einem Pitch von rund 10 nm abbilden – also 5 nm Half-Pitch. Bei High-NA liegt dieser Wert bei rund 8 nm Half-Pitch. Die Wellenlänge des EUV-Lichts bleibt dabei unverändert bei 13,5 nm.

Die numerische Apertur beschreibt vereinfacht den Winkelbereich, aus dem das optische System Licht aufnehmen und für die Abbildung nutzen kann. Je größer die Apertur, desto feinere Strukturen lassen sich auf dem Wafer abbilden. Schon der Sprung von konventioneller EUV-Lithografie mit NA 0,33 auf High-NA mit 0,55 erforderte deshalb wesentlich größere und aufwendigere Optiken.

Möglichst viel von High-NA weiterverwenden

Beim nächsten Schritt mit dem Arbeitstitel „Hyper‑NA“ wollen Zeiss und ASML jedoch nicht das gesamte EUV-Ökosystem erneut verändern, wie es jetzt beim Sprung von EUV auf High-NA-EUV geschehen ist. Ein zentraler Gedanke des Hyper-NA-Konzepts ist deshalb, möglichst viel vorhandene Infrastruktur weiterzuverwenden.

Die heute eingesetzte EUV-Lichtquelle soll nach Angaben der Autoren des Papers unverändert genutzt werden können. Auch die bestehende Maskeninfrastruktur soll mit vergleichsweise geringen Anpassungen weiterverwendet werden können. Selbst die Abmessungen des Scanners sollen trotz der höheren Apertur nur wenig gegenüber einem High-NA-System wachsen.

Das unterscheidet den Ansatz von einer möglichen weiteren Verkürzung der Belichtungswellenlänge. Als Alternative wird seit Längerem EUV-Lithografie mit etwa 6,7 nm Wellenlänge untersucht. Dafür wären allerdings unter anderem neue Spiegelschichten, Lichtquellen und weitere Teile der Infrastruktur erforderlich. Die Autoren sehen eine weitere Erhöhung der numerischen Apertur deshalb zunächst als den naheliegenderen Entwicklungsschritt.

Präzisere Optik bringt neue Herausforderungen

Einfacher wird die Lithografie dadurch allerdings nicht. Mit wachsender numerischer Apertur nimmt unter anderem die Schärfentiefe ab. Anforderungen an Fokusregelung, Fotolack, Maskenstrukturen, Overlay und Prozesskontrolle steigen entsprechend.

Auch dreidimensionale Effekte der Maske und die Polarisation des EUV-Lichts gewinnen bei Hyper-NA weiter an Bedeutung. Das Konzept der Entwickler sieht deshalb unter anderem eine angepasste Beleuchtungsarchitektur vor, mit der sich die Winkel auf der Maskenseite trotz der höheren numerischen Apertur nahe am Niveau von High-NA halten lassen sollen.

Für Zeiss liegt eine weitere Herausforderung in den Projektionsoptiken. Reuters zufolge geht das Unternehmen jedoch davon aus, die dafür erforderlichen hochpräzisen Spiegel bereits mit seinen heutigen Fertigungstechnologien herstellen zu können.

High-NA ist gerade erst in der Produktion

Wie weit Hyper-NA von einer kommerziellen Maschine entfernt ist, zeigt der Blick auf die aktuelle Generation. High-NA erhöht die numerische Apertur gegenüber bisherigen EUV-Scannern von 0,33 auf 0,55. Dafür entwickelte Zeiss unter anderem wesentlich größere Projektionsspiegel und neue Messsysteme.

Intel setzt High-NA inzwischen für ausgewählte Schichten seiner Fertigung ein. ASML und Intel meldeten im September, dass über Entwicklung, Anlagenqualifizierung und Serienfertigung hinweg bereits mehr als eine Million Wafer mit High-NA-Systemen bearbeitet worden seien.

Hyper-NA ist dagegen bislang ein technisches Konzept. ASML hat nach Angaben von Reuters zwar mit Entwicklungsarbeiten begonnen, sich aber noch nicht auf die Produktion eines entsprechenden Scanners festgelegt. Mit einem einsatzfähigen System rechnen die beteiligten Ingenieure frühestens in ungefähr zehn Jahren. (sb)

Halbleiterei

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