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為什麼10nm和7nm的製程技術必須依賴多重圖案化？揭開其神秘面紗！
在半導體製造的最新挑戰中，10nm 和 7nm 製程技術逐漸成為核心議題。隨著技術進步，對晶片上特徵尺寸的要求也在不斷提高，單一曝光的光刻技術已無法滿足這些要求，因此多重圖案化技術應運而生，以增強特徵密度，提升製造精度。
多重圖案化是增強光刻技術分辨率的一種必需方案，特別是在10nm及7nm製程中。
多重圖案化的必要性
隨著尺寸的縮小，特徵間距（pitch）至關重要。當特徵間距低於光學投影系統的解析度限制時，單次的光刻曝光將無法產生足夠的精細特徵。這時，便需要使用額外的曝光或借助側壁蝕刻定義圖案。以目前的技術來看，尤其是在EUV（極紫外線）光刻技術中，20nm的線寬仍需透過雙重圖案化來達成。
突圍兩維圖案的圓角問題
當進行密集的二維圖案設計時，角落和彎道存在顯著的圓角現象，這一現象限制了特徵的細緻度。因此，線的圖案首先被定義，然後再進行必要的切割，這無疑需要額外的曝光。這樣的需求促進了多重圖案化技術的發展。
線條寬度與間隙的取捨
線條的圓角問題還引出了一個有趣的取捨，即線條寬度（即線條尖端的寬度）與相對尖端之間的間隙。當線寬縮小至某個臨界點時，尖端的半徑也會隨之縮小，而這會引致相對尖端間隙的增大。這意味著對於先進製程，僅為了兼容性，需要使用額外的切割掩模。
不同佈局所需的不同照明方式
當設計的圖案包含接近解析度極限的特徵時，不同的排列會要求使用特定的照明來打印這些特徵。例如，水平密集線需要北南極化光，而垂直線則需東西極化光，這就無可避免地要求多次曝光。這在高速記憶體的設計中尤其常見，因為記憶體陣列且其周邊電路需要在不同的照明條件下曝光。
具體案例：孔陣列的挑戰
孔陣列的設計中，當半間距小於0.6λ/NA時，不同類型的照明更是必不可少。正規的陣列需要Quasar照明，而對於旋轉了45度的陣列，便需要C-quad照明。這些不同的需求使得條件的設計變得更加複雜。
小偏差問題
在雙束干涉圖案中，小的偏差和break會出現於大圖案中，這也要求進行額外的掩膜曝光以充分確保圖案的穩定性和精確性。這樣的技術要求保持高效的成像質量，並避免因不完整的圖案造成的擴散及劣化。
封閉/切割技術
最早實施多重圖案化的例子是線切割，這在Intel的45nm節點中首次引入。當線條與特徵尺寸接近時，施加的第二掩膜用來切割先前掩膜定義的線條。這並不直接增加特徵密度，但卻能定義更小的特徵，最終推動製程的進步。
未來的展望
面對迅速縮小的技術需求，多重圖案化技術展示出其不可或缺的重要性。值得注意的是，未來的製程如何更好地平衡成本與性能，以及如何應對技術快速變化帶來的挑戰，仍然是行業需要持續思考的重大問題。你認為在未來的技術發展中，還能有哪些創新方案出現，來解決這些問題呢？
