2026 年 5 月，东京科学大学（Institute of Science Tokyo）的研究团队在 Journal of Micro/Nanopatterning, Materials, and Metrology 发表论文，扩展了 STCC（Source-position-dependent Transmission Cross Coefficient）公式以纳入偏振效应。这不是一篇普通的学术论文——它揭示了 High-NA EUV 光刻在推进到 sub-2nm 节点时，必须面对的一个全新物理障碍。
从 Low-NA 到 High-NA：数值孔径翻倍背后的物理代价
ASML 的 TWINSCAN EXE:5000 系列 High-NA EUV 系统将数值孔径（NA）从 0.33 提升到 0.55，分辨率极限从约 13nm 降至约 8nm。这是 sub-2nm 芯片制造（Intel 14A、TSMC A16 及更先进节点）的核心使能技术。
但更高的 NA 意味着更大的入射角度范围，这带来了一个在 Low-NA 时可以忽略、但在 High-NA 下 不可忽略 的物理效应：偏振依赖性。
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偏振效应为什么在 High-NA 下变得重要
EUV 光刻使用 13.5nm 波长的极紫外光。当光线以大角度入射到掩模（mask）表面时，s偏振（垂直于入射面）和 p偏振（平行于入射面）的透射和反射特性出现 显著差异。
在 Low-NA 系统中，所有光线的入射角都很小，s/p 偏振的差异可以忽略。但 High-NA 将最大入射角从约 19 度扩大到约 33 度，在这个角度范围内：
- **掩模三维效应（Mask 3D effects）**加剧：掩模吸收层的有限厚度对不同偏振的光产生不同的衍射效果
- 偏振相关的像差：光学系统在不同偏振方向上的传递函数不同
- 光刻胶响应：偏振影响光刻胶中的干涉图案
传统的 TCC（Transmission Cross Coefficient）公式假设偏振是均匀的——这在 Low-NA 下是合理的近似。但东京科学大学的论文证明，在 High-NA 下这个近似不再成立。
STCC 公式的扩展：从标量到矢量
论文的核心贡献是将 STCC 公式从标量形式扩展为包含偏振的矢量形式：
| 传统 STCC | 扩展 STCC |
|---|---|
| 假设均匀偏振 | 包含偏振态和方向 |
| 标量衍射 | 矢量衍射 |
| 忽略掩模 3D 偏振耦合 | 纳入掩模 3D 偏振效应 |
| 快速但 High-NA 下不准确 | 准确且仍保持计算效率 |
这个扩展的意义在于：它不仅是更准确的物理描述，更是 计算光刻（Computational Lithography） 的关键基础设施。现代光刻的掩模设计（OPC/ILT）和工艺窗口优化高度依赖快速、准确的成像仿真。如果仿真公式本身存在系统性偏差，所有下游的掩模优化都会偏离目标。
High-NA EUV 的"难题清单"
偏振效应只是 High-NA EUV 面临的众多挑战之一：
| 挑战 | 状态 | 影响 |
|---|---|---|
| 偏振效应 | 论文阶段，需工具链集成 | 仿真准确性 |
| 异形光学（Anamorphic） | 已部署，8x/4x 放大率 | 需要新掩模基础设施 |
| 防尘薄膜（Pellicle） | 开发中，更大面积更难做 | 良率和掩模寿命 |
| 吞吐量 | ~185 片/小时（目标） | 成本效率 |
| 设备成本 | ~$3.5-4 亿/台 | 资本支出 |
| 随机效应（Stochastics） | 持续研究 | 图案保真度 |
| 光刻胶灵敏度 | 需要新材料 | 成像质量 |
这些挑战的叠加效应是：High-NA EUV 的"从实验室到量产"之路，可能比 Low-NA EUV（ASML NXE 系列）更长、更曲折。Low-NA EUV 从第一台设备交付（2017 年）到高产量制造（2020-2021 年）花了约 3-4 年。High-NA 的第一台设备已于 2023 年底交付给 Intel，按照同样的时间线，量产应在 2027-2028 年——但偏振效应等新问题可能延长这一周期。
对产业链的连锁影响
对 ASML 的影响
ASML 需要在其计算光刻软件中集成偏振感知的仿真能力。这不是简单的软件更新——它需要与 Zeiss（光学系统供应商）紧密协作，确保光学设计和仿真模型的一致性。ASML 2025 年的计算光刻收入已超过 10 亿欧元，偏振效应的处理将是其下一代软件的核心卖点。
对晶圆厂的影响
Intel、TSMC、三星需要重新校准其 High-NA 工艺开发的仿真基础设施。偏振效应的准确建模将影响：
- OPC（光学邻近校正）的精度
- ILT（反向光刻技术）的掩模设计
- 工艺窗口的大小和鲁棒性
对 EDA 工具的影响
Synopsys、Cadence、Siemens EDA 需要在其光刻仿真工具中支持偏振感知的 STCC 模型。这是计算光刻工具链的一次系统性升级。
判断
偏振效应不会阻止 High-NA EUV 的部署，但它会影响部署速度和初期良率。
更深层的观察是：每一代光刻技术的推进，“可以忽略的近似"越来越少。从 193nm 到 EUV 是波长跳变，从 Low-NA 到 High-NA 是角度跳变，每次跳变都让之前可以偷懒的物理效应变成不可回避的工程问题。
摩尔定律的延续越来越不像工程问题，而像基础物理的博弈——每前进一步，都需要在更深的物理层面上做更精确的事情。STCC 公式的偏振扩展只是这场博弈的最新一手棋。
参考资料：
