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《國(guó)際設(shè)備和系統(tǒng)路線圖》（2022 年版）指出，預(yù)計(jì) 2025 年（今年）推出的“2nm”節(jié)點(diǎn)的最小（金屬）半節(jié)距為 10nm。事實(shí)上，這低于目前最先進(jìn)的 EUV 系統(tǒng)的分辨率，其數(shù)值孔徑 (NA) 為 0.33。即使對(duì)于下一代High NA（0.55 NA）EUV 系統(tǒng)，20nm 線節(jié)距也只能通過(guò)兩個(gè)平面波的基本干涉才能成像。

如圖 1 所示，與在最先進(jìn)的 ArF 浸沒(méi)系統(tǒng)上成像的類(lèi)似 80nm 節(jié)距（圖 2）相比，隨機(jī)行為預(yù)計(jì)難以控制。

圖 1. 10 nm 半間距圖像的隨機(jī)外觀（即散射電子密度）因 3 nm 模糊而變得更糟，這是金屬氧化物光刻膠中預(yù)期的。假設(shè)吸收劑量為 20 mJ/cm2。偶極子引起的衰減被建模為兩個(gè)極點(diǎn)產(chǎn)生的圖像的 + 或 - 1 nm 圖像偏移。

圖2. 與圖 1 中的 EUV 情況相比，使用ArF 雙極子照射的 40 nm 半間距圖像的隨機(jī)外觀（即吸收光子密度）可以忽略不計(jì)，即使假設(shè)吸收劑量為 2 mJ/cm2。假設(shè)使用 6% 衰減相移掩模進(jìn)行負(fù)色調(diào)成像。

因此，即使使用 EUV 光刻，雙重圖案化也是不可避免的。然而，對(duì)于 2nm 節(jié)點(diǎn)，EUV 光刻中的任何雙重圖案化方案仍然需要成像 10nm 線寬，例如，圖 3 所示的具有四個(gè)布線軌道和兩個(gè)寬軌道的單元（與沒(méi)有背面供電的 TSMC N2 保持一致）。因此，從圖 1 中我們看到的情況來(lái)看，對(duì)于特征尺寸 ~ 10nm，我們?nèi)匀活A(yù)計(jì)線邊緣和線寬定義會(huì)受到挑戰(zhàn)。

圖 3. 可以使用雙重圖案化形成具有 10 nm 半間距特征的 6 軌道單元（左），但仍需要形成 10 nm 線寬作為核心（右）。注意：每個(gè)方塊代表 10 nm。紅色區(qū)域是在形成間隔物后填充的間隙。

因此，我們預(yù)計(jì)雙重圖案化中使用的線寬本身不會(huì)由直接曝光定義，而是通過(guò)使用另一種雙重圖案化，具體來(lái)說(shuō)，即自對(duì)準(zhǔn)雙重圖案化 (SADP)。SADP 涉及在芯軸上沉積墊片，蝕刻以?xún)H覆蓋側(cè)壁，然后移除芯軸。這會(huì)使特征密度加倍，因?yàn)槊總€(gè)芯軸有兩個(gè)側(cè)壁墊片（圖 4）。

圖 4. 自對(duì)準(zhǔn)雙重圖案化（SADP）利用間隔物使特征密度加倍[3]。

2021 年（3nm 生產(chǎn)開(kāi)始之前），臺(tái)積電在美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng) 747 的披露中暗示了這種方法：

“一種方法包括形成第一心軸圖案和第二心軸圖案。第一心軸圖案包括至少第一和第二心軸，用于心軸-間隔物雙重圖案化工藝。第二心軸圖案包括至少插入在第一和第二心軸之間的第三心軸。第一心軸圖案和第二心軸圖案包括相同的材料。第一和第二心軸與第三心軸合并在一起以形成單個(gè)圖案。”

這本質(zhì)上就是所謂的 LELE-SADP 方法。LELE 指的是“光刻-蝕刻-光刻-蝕刻”，這將導(dǎo)致形成兩個(gè)獨(dú)立的芯軸圖案。這些芯軸圖案組合在一起，充當(dāng) SADP 的基礎(chǔ)圖案或核心圖案。

圖 5. LELE 用于生成圖 3（右）的黑色核心圖案。兩種不同的顏色表示兩種不同的曝光。

圖5所示的部分核心圖案線寬仍然太小，無(wú)法直接打印，因此需要從較大的暴露線寬中進(jìn)行修剪（圖6）。

圖 6. 較大的線寬（左）被修剪以得到目標(biāo) 10 nm 線寬（右）。

請(qǐng)注意，不能使用修整來(lái)獲得圖 3 中的核心圖案，因?yàn)檫@樣暴露的 10 納米間隙會(huì)太窄（圖 7）。

圖 7. 這里無(wú)法進(jìn)行修剪，因?yàn)檫@里（左）的起始 10 納米間隙太窄了。

因此，我們看到，即使使用 EUV，LELE-SADP也是生產(chǎn)具有四個(gè)布線軌道和兩個(gè)寬軌道的 6 軌道單元的唯一選擇。事實(shí)上，關(guān)鍵在于，DUV 可以生產(chǎn)完全相同的 10 nm 最小半節(jié)距尺寸，起始曝光節(jié)距為 480 nm。這可以大幅降低與 EUV 使用相關(guān)的成本。

在 2nm 節(jié)點(diǎn)及以后，背面供電將把軌道置于與金屬布線不同的層上。通過(guò)將寬軌道和窄軌道分別放在晶體管下方和上方的不同層上，可以改善多重圖案化物流。因此，最小間距線的規(guī)則網(wǎng)格足以滿(mǎn)足布線軌道的要求。

在 16-18 nm 間距下，EUV 將實(shí)施自對(duì)準(zhǔn)四重圖案化 (SAQP)，即連續(xù)兩次應(yīng)用 SADP。DUV 將實(shí)施自對(duì)準(zhǔn)六重圖案化 (SASP)，即 SADP 后緊接著 SATP（自對(duì)準(zhǔn)三重圖案化。EUV SAQP 和 DUV SASP 都只需要一次掩模曝光，這比 LELE-SADP 的兩個(gè)掩模有所改進(jìn)。

值得注意的是，SASP 將 ArF 浸沒(méi)式光刻的分辨率從 38 nm 半間距降低到六分之一，即 6.3 nm 半間距。