華為在專利中表示：“實施本申請實施例，可以提高電路圖案設(shè)計的自由度?！?/span>
簡單地說，多重曝光就是將芯片電路掩膜圖案的蝕刻分成多次完成，可以使用相對落后的技術(shù)和設(shè)備，達成和更先進工藝類似甚至更先進的結(jié)果，比如用7nm設(shè)備造出5nm芯片。如此一來，我們就能夠在沒有ASML最先進的極紫外光刻設(shè)備（EUV）的情況下，生產(chǎn)先進芯片。
事實上，多重曝光并不是新概念，半導體巨頭們都曾做過嘗試，但它太過于復雜，需要執(zhí)行的步驟更多，良品率和質(zhì)量都難以保障。
雙重曝光（左）和四重曝光（右）技術(shù)原理圖示
舉例來說，2016年，英特爾在探索10nm工藝的過程中，由于ASML的EUV一直未能交付，便嘗試采用多重曝光技術(shù)，最后卻以失敗告終。因此，原計劃中的Cannon Lake處理器項目最終被迫取消。盡管第二代產(chǎn)品成功實現(xiàn)了量產(chǎn)，但其性能表現(xiàn)并未達到預期要求，頻率無法提升，甚至無法滿足桌面臺式機的使用需求。
另外，英特爾在推進其18A 1.8nm工藝的過程中，由于新一代高NA光刻機尚未到位，公司不得不采用現(xiàn)有設(shè)備結(jié)合雙重曝光技術(shù)來實現(xiàn)工藝目標。
對于國內(nèi)芯片行業(yè)來說，由于近年來美國對先進半導體制造設(shè)備的出口管制，國內(nèi)企業(yè)不得不放棄對高端半導體制造設(shè)備的依賴（特別是ASML的EUV設(shè)備），另辟蹊徑，通過多重曝光技術(shù)來實現(xiàn)7nm、5nm制程。
根據(jù)國家知識產(chǎn)權(quán)局公布的信息，華為這項專利早在2021年9月就申請了，正是華為被美國宣布制裁后的幾個月。可見，對于高端芯片制造華為早已有了技術(shù)儲備。如今，這項專利的公開，或許意味著這項技術(shù)已經(jīng)取得實質(zhì)性突破。
多重曝光成本雖高但可解決燃眉之急
此前，麒麟9000S芯片問世，在國內(nèi)引起了轟動，也迎來國際上的關(guān)注。國外機構(gòu)TechInsights對麒麟9000S進行了電鏡掃描，計算出了其晶體管密度為98MTr/mm2，也就是0.98億個每平方毫米，該數(shù)據(jù)與臺積電、三星的7nm芯片大致一致，因此業(yè)界猜測華為是采用雙重曝光技術(shù)，實現(xiàn)了7nm芯片的制造。
此次華為公布的自對準四重圖案化(SAQP)技術(shù)，意味著實現(xiàn)7nm量產(chǎn)后，其仍在快速推進5nm技術(shù)的研發(fā)，努力突破技術(shù)瓶頸，降低對國外先進制造設(shè)備的依賴，同時也為國產(chǎn)EUV爭取了更多時間。
有知情人士向《金融時報》透露，華為會將全新5nm制程技術(shù)，應用于下一代P70系列旗艦手機的處理器和數(shù)據(jù)中心芯片，在沒有外國的協(xié)助下成功生產(chǎn)5nm制程芯片，對于國產(chǎn)半導體行業(yè)來說無疑是一項巨大成就。
不過，研究機構(gòu)TechInsights的Dan Hutcheson等專家也指出，盡管華為在自對準四重圖案化技術(shù)上取得了顯著進展，但如果中國想要獲得超越5nm技術(shù)的長期競爭力，僅僅依賴這項技術(shù)是不夠的。最終，中國仍需采購或自主研發(fā)EUV光刻機設(shè)備，以實現(xiàn)更先進的芯片制造能力。
另外，從成本方面考慮的話，臺積電等制造商使用EUV，芯片產(chǎn)量更高，每個芯片的成本得到最小化，而華為如果采用多重曝光的方法，每顆芯片的成本可能會高于行業(yè)平均標準。
此外，在實際的工業(yè)生產(chǎn)中，由于每次曝光都可能存在圖案的缺陷，而每次曝光都可能在上次曝光流程中積累并放大缺陷，多次曝光后缺陷或影響最后出廠產(chǎn)品的良品率。去年國外權(quán)威科技媒體對通過雙重曝光實現(xiàn)的7nm工藝麒麟芯片分析后認為，制造良率可能在50%，而通過SAQP實現(xiàn)的5nm芯片，良率可能低至20%左右。
不過，對于華為而言，利用DUV實現(xiàn)7nm、5nm芯片的制造，已經(jīng)解決了當前的燃眉之急，在這一基礎(chǔ)上，國內(nèi)芯片企業(yè)在未來一定能夠繼續(xù)取得更多突破，徹底打破國外技術(shù)封鎖，一步步實現(xiàn)國產(chǎn)化替代。

來源： EDA365電子論壇

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