Verdict結論
單一圖案化與多重圖案化最大的差異在於「曝光次數」。單一圖案化以1次曝光完成圖形,可達到的最小間距以曝光機的解析極限為限。多重圖案化則以SADP(自對準雙重)或SAQP(四重)重複曝光與蝕刻2~4次,可將間距縮小至單一圖案化的1/2~1/4,但製程步驟數會增加為2~4倍,成本、產能以及各步驟疊對誤差的累積都會成為課題。
主要差異
| 比較項目 | 單一圖案化(SP) | 多重圖案化(MP) |
|---|---|---|
| 曝光次數 | 以1次曝光完成圖形 | 重複2~4次(或更多)的曝光與蝕刻 |
| 可達到的最小間距 | 以所用曝光機的解析極限為限 | 可實現SP的1/2(SADP)至1/4(SAQP)的間距 |
| 疊對精度要求 | 以1次對準即完成 | 各步驟的位置偏差會累積,必須進行高精度對準 |
| 製程步驟數與成本 | 製程步驟少、成本低 | 製程步驟增加為2~4倍以上,成本與產能成為課題 |
| 代表性手法 | 一般微影(單次曝光) | LELE、SADP、SAQP、LELELE(三重)等 |
| 與EUV的關係 | 以EUV單次曝光較容易因應7nm以下 | DUV+多重圖案化作為EUV的替代方案,在重視成本時使用 |
多重圖案化的主要手法
LELE(Litho-Etch-Litho-Etch)是最簡單的雙重曝光,組合2次曝光與2次蝕刻。SADP(Self-Aligned Double Patterning)利用間隔層(spacer)以自對準方式實現2倍密度,能減小疊對誤差的影響。SAQP則是將SADP再重複一次的4倍密度化手法。LELE類對疊對精度敏感但設計自由度高;SADP/SAQP的疊對影響小,但間隔層形成步驟較複雜。
導入EUV後多重圖案化有何改變
隨著EUV(13.5nm波長)的導入,即使在7nm以下,以單次曝光或較少次數曝光形成圖形的情況也增加了。不過由於EUV設備成本極高,基於成本最佳化的考量,部分導線層仍採用DUV+多重圖案化。EUV本身在最先進節點也有搭配2次曝光(EUV LELE)的情況,而High-NA EUV的導入可望讓製程進一步簡化。
常見問題
SADP與LELE要如何區分使用?
SADP是使用間隔層的自對準方式,受疊對誤差影響小,適合線與間隙(line and space)等規則圖形(如導線層)。LELE組合2次獨立的曝光,設計自由度高,也較容易因應接觸窗與不規則圖形,但疊對精度管理相對重要。
多重圖案化可以做到幾nm?
理論上搭配SAQP(4倍密度化)可因應相當程度的微縮,但製程步驟增加、成本與疊對誤差的累積決定了實用上的極限。實務上一般認為5~7nm節點前後是DUV+多重圖案化的實用極限,之後積極運用EUV才是務實的解決方案。
有了High-NA EUV,多重圖案化就不再需要了嗎?
High-NA EUV(NA=0.55)的解析度比傳統EUV(NA=0.33)更高,因此可望在部分層擴大單次曝光的適用範圍。但並非所有層都能完全不需要多重圖案化,仍需綜合成本、產能與設計規則來判斷。