在晶片製造過程中,為了將掩模版上的設計線路圖形轉移到矽片上,首先需要通過曝光工藝(光刻)來實現轉移,然後通過刻蝕工藝得到矽圖形。光刻技術最早應用於印刷行業,並且是早期製造PCB的主要技術。自20世紀50年代開始,光刻技術逐步成為集成電路晶片製造中圖形轉移的主流技術。
過去幾十年裡,晶片製造商一直使用193nm波長的ArF深紫外(DUV)光刻技術來生產晶片。
不過隨著集成電路製造工藝持續微縮,尤其在進入7nm、5nm時代後,晶片集成度不斷提升,在追求更高的圖形密度的目的之下,無論如何改進ArF光的生產工藝,都無法再滿足相應需求。
因為在7nm節點集成電路產品工藝技術的開發上,採用193浸式(193i)光刻技術需要進行四重曝光,這意味著需要多次更換掩膜版,使得在多重對準方面面臨極大的挑戰,良品率難以提高、量產難度增大。
為解決這一問題,極紫外(EUV)光刻技術適時而生。因其波長短(13.5nm)、解析度高,能夠實現更好的保真度,且只需進行單次圖形曝光,減少了掩模版數目,促成了更高的成品率,因此成為應用於10nm以下,比DUV多重曝光技術成本更低的一種光刻技術。
然而,當工藝推進至5nm節點時,即使採用EUV技術,也需要進行雙重曝光,這樣才能夠獲得更為緊密的圖案間距。
但是,有關對齊的問題也再次困擾行業。
另外需要注意的是,根據摩爾定律,晶片集成的電晶體數目與日俱增,儘管對工藝的要求越來越高,但行業始終面臨著相當大的瓶頸——即解析度的提高,而現實是更小波長的光刻機難於製造。
因此考慮到在最先進的工藝下單掩膜 EUV 解析度面臨的挑戰以及雙重曝光 (DP) 光刻-蝕刻-光刻-蝕刻 (LELE) 工藝固有的對齊問題,自對齊多重曝光工藝發展為行業趨勢。
(SALELE 自對齊過程:(a) 將 LE2 與 LE1 對齊。(b) 最終製造的形狀。)
現下,最常見的自對齊多重曝光技術被稱為自對齊雙重曝光 (SADP),同時SADP 中所用的技術也可輕鬆沿用至自對齊四重曝光 (SAQP)。
但問題又來了:在使用掩膜印製電介質阻擋的過程中,通常縮小至小於新工藝的間距會增加工藝變異,從而增加對阻擋的可印製性約束。因此,必須優化阻擋形狀的放置,然而通過添加冗餘金屬的技術則必須要考慮增加的電容問題。
所以自對齊光刻-蝕刻-光刻-蝕刻(SALELE )工藝出現了,其不添加任何冗餘金屬,意味著沒有額外的電容,可以說,該技術結合了自對齊多重曝光和 LELE 工藝多個方面。
如今,自對齊多重曝光工藝已成為最先進工藝的必要條件,可避免與 DP/TP/QP LE n 工藝相關的未對齊問題,並提高了圖形保真度;而這其中,IMEC 和 Mentor共同創建、優化、設計和支持的可用於生產的SALELE 工藝,則具備一些更有前景的優勢。
具體的工作原理是什麼呢?如果您想進一步了解SADP、SAQP 和 SALELE的相關機制,請點擊這裡下載白皮書查看原文。