文章來(lái)源：半導(dǎo)體與物理

原文作者：jjfly686

本文介紹了先進(jìn)集成電路制造多重曝光中的套刻精度要求。

在半導(dǎo)體工廠的潔凈室里，光刻機(jī)如同一位在納米畫布上作畫的藝術(shù)家。但當(dāng)這位“畫家”的筆觸精細(xì)到20納米以下時(shí)，它的雙手開始顫抖——不是源于技藝不足，而是物理定律的桎梏。

為了突破這一限制，工程師們發(fā)明了多重曝光技術(shù)，卻意外打開了潘多拉魔盒：對(duì)準(zhǔn)復(fù)雜度（Overlay Complexity）的指數(shù)級(jí)暴增。這場(chǎng)納米級(jí)的疊影戰(zhàn)爭(zhēng)，正在重塑芯片制造的底層邏輯。

一、光刻機(jī)的“視力衰退”與拆解藝術(shù)

當(dāng)芯片制程進(jìn)入20納米節(jié)點(diǎn)（相當(dāng)于人類頭發(fā)直徑的1/4000），193nm浸沒式光刻機(jī)遭遇物理極限——其光學(xué)系統(tǒng)如同近視加深的雙眼，無(wú)法分辨間距小于80納米的密集電路。為此，工程師將一張電路設(shè)計(jì)圖拆解為多張“分鏡稿”：

雙重曝光：將金屬層分解為紅藍(lán)兩版，如同把樂高模型拆成兩套組件。

三重曝光：在10nm節(jié)點(diǎn)，甚至需要將圖形拆分為三套獨(dú)立掩模

但拆解后的圖案需要完美拼接，這要求每次曝光后的硅片位置必須精準(zhǔn)對(duì)齊，誤差需控制在3納米以內(nèi)。

二、對(duì)準(zhǔn)步驟的“多米諾骨牌效應(yīng)”

以芯片中最基礎(chǔ)的金屬-通孔（Metal-Via）連接結(jié)構(gòu)為例：

28nm節(jié)點(diǎn)（單次曝光）：只需3次對(duì)準(zhǔn)操作，如同拼裝三塊標(biāo)準(zhǔn)積木。

14nm節(jié)點(diǎn)（雙重曝光）：對(duì)準(zhǔn)步驟激增至8次，相當(dāng)于用八根不同顏色的線穿同一枚針眼。

10nm節(jié)點(diǎn)（三重曝光）：需要21次對(duì)準(zhǔn)，復(fù)雜度堪比用21把鑰匙同時(shí)開啟一把鎖

更驚人的是，若10nm節(jié)點(diǎn)采用四重曝光，對(duì)準(zhǔn)操作將達(dá)40次。

納米疊影的“蝴蝶效應(yīng)”

對(duì)準(zhǔn)誤差帶來(lái)的不僅是時(shí)間成本，更會(huì)引發(fā)更多的問題：

短路危機(jī)：金屬層間5納米的錯(cuò)位，可能導(dǎo)致相鄰電路導(dǎo)通。

電阻增大：通孔偏移，接觸電阻可能飆升。

良率降低：在7nm節(jié)點(diǎn)，10%的對(duì)準(zhǔn)失誤會(huì)直接導(dǎo)致整片晶圓報(bào)廢。