用DUV光刻機製造3nm晶片！

華為海思麒麟9000S的面市，預示著中國已經可以使用DUV 光刻技術實現了7 奈米級節點的晶片製造，這提出了一個問題：透過多重曝光方法，DUV 微影技術能走多遠？

根據國外科技媒體semiwiki報道，CSTIC 2023的最新發表指出，中國研究小組目前正在考慮將基於DUV 的多重圖案化擴展到5 奈米，甚至考慮在一層使用6 個掩模。比較基於DUV和EUV的方法在前進到3奈米時，可以得到一個有趣的結論。

LELE光刻

最基本的多重圖案化形式是所謂的"光刻-蝕刻-光刻-蝕刻"（LELE）方法，其本質是在進行基本光刻後再進行兩次蝕刻。

當第二個特徵插入到兩個印刷的第一個特徵之間時，這使得節距減半。推而廣之，LE3（3xLE）和LE4（4xLE）可能會隨之出現。不過，隨著自對準間隔光刻技術的出現，使用這些方法將間距減小到原始間距的一半以下已不再受到青睞。

自對準間隔光刻技術（SADP）

與LELE 相比，自對準間​​隔層圖案化的優勢在於不需要額外的光刻步驟，從而節省了額外的成本。間距沉積和隨後的蝕刻，以及間隙填充和隨後的蝕刻，取代了塗層、烘烤、曝光、烘烤、顯影的光刻順序。雖然成本大大降低，但仍需要精確的製程控制，如間隔層厚度和蝕刻速率選擇性。一次性間隔層的應用可在給定間距內實現特徵加倍。因此，這通常被稱為自對準雙圖案化（SADP）。再次應用則會產生自對準四倍圖案化(SAQP)，這也是意料之中的。

減法光刻（Subtractive Patterning）

雖然LELE 和SADP 都會自然地在圖案中添加特徵，但有時也有必要去除這些特徵的一部分，以便進行最終佈局。切割遮罩表示需要移除線段的區域。在阻擋線形成蝕刻時，這些區域也稱為阻擋位置。反向掩模稱為保留掩模。如果相鄰的線也可以蝕刻，則將斷線限制在單線寬度會產生放置問題。如果可以安排用不同的蝕刻材料製作交替線，就能以更好的公差製作斷線（圖1）。

對於給定的互連線，中斷之間的距離預計至少為兩個金屬節距。因此，當金屬間距為分辨率極限的1/4 到1/2 時，每行需要兩個遮罩。

交替線排列

透過LELE、SADP、SAQP 或LELE 和SADP 的混合體SALELE（自對齊LELE），可以自然排列交替線。 SALELE 已被認為是最窄金屬間距EUV 的預設使用方法。

DUV 與EUV 成本評估

與EUV相比，DUV多模化的成本一直在上升。現在是時候進行更新的重新評估了。首先,我們使用最新的成本估算(2021)規範化模式(圖3)。

接下來，我們為各節點使用DUV和EUV的代表性模式樣式(圖4)。

有幾處需要說明：

• 對於7 奈米的DUV，40 奈米的間距是唯一能分辨線條特徵的點，因此這些線條必須在單獨的曝光中切割。
• 對於7nm EUV，使用單獨的線切割，因為在40 nm 間距下，所需的分辨率（~20 nm）小於EUV 系統的點擴散函數（~25 nm）。由於焦深和光瞳填充的限制，高數值孔徑EUV 系統對於這種間距也沒有優勢。
• 對於3/5nm DUV，LELE SADP 在40nm 以下間距時比SAQP 更靈活。
• 對於3/5nm EUV，使用LELE 的驅動力在於<17 nm 半間距和<20 nm 隔離線寬時的隨機行為。當我們接近10 奈米尺寸時，電子散射劑量依賴性模糊也將變得令人望而卻步。系統的光學解析度（即NA）不再重要。
• 圖案塑形不被認為是消除切割的一種方法，因為這將使預形狀光刻變得更加困難（圖5）。此外，傾斜的離子束蝕刻通常用於平坦預先存在的地方，並減少蝕刻掩模的高度。

大多數情況下，我們可以直接判斷DUV LELE比EUV單次曝光（SE）便宜得多。此外，DUV LE4 比EUV 雙圖案化更便宜。雖然LELE比SE需要額外的步驟，但還需要考慮EUV系統維護與DUV系統維護以及能耗。 DUV LELE 使用的能量是EUV SE 的一半，DUV SADP 約為2/3，甚至DUV LE4 使用的能量也只有EUV SE 的85%。

所有這些都凸顯出，無論選擇DUV 還是EUV，轉向先進節點都需要面臨不斷增長的成本。(半導體材料與製程設備)