一次印不夠細，就印好幾次
當浸潤式 ArF 把 NA 推到 1.35、波長卡死在 193 nm 後，單次曝光的 $k_1$ 已逼近理論極限 0.25，無法再刻更密的線。但摩爾定律不等人——在 EUV 量產之前的近十年空窗期，業界靠的是一套「化整為零」的智慧：多重曝光（multi-patterning）。
核心思想是：把一層原本太密、單次印不出來的圖案，拆成兩到四次較稀疏的曝光，分別轉印後再疊合成最終的密集圖案。每一次曝光的線間距都放寬到單次曝光能力範圍內，組合起來卻達成了遠超單次極限的密度。代價是製程步驟數倍增、光罩數暴增、以及最關鍵的——疊對誤差（overlay）累積。
兩大流派：LELE 與自對準間隙
多重曝光主要分為兩條技術路線：
微影—蝕刻多次循環（LELE/LE^n）
LELE（Litho-Etch-Litho-Etch）最直觀：先曝光—蝕刻第一組線，再曝光—蝕刻第二組線，兩組交錯成密集圖案。三次、四次循環則稱 LELELE（LE³）、LE⁴。
- 優點：圖案設計彈性高，可處理複雜佈局
- 致命弱點：第二次曝光必須精準對準第一次的圖案，兩組線之間的間距完全由疊對精度決定。overlay 誤差若有 3 nm，就直接變成線間距 3 nm 的離散，嚴重影響電性。光罩數 = 曝光次數，成本線性上升。
自對準多重曝光（SADP/SAQP）
SADP（Self-Aligned Double Patterning）用一招巧妙手法繞開疊對問題：
- 先用一般微影做出「犧牲心軸（mandrel）」圖案
- 在心軸側壁沉積一層均勻薄膜（spacer），厚度由沉積精準控制
- 蝕刻移除心軸，只留下側壁的 spacer 當作最終遮罩
- 由於每根心軸兩側各留一道 spacer，圖案密度自動倍增
關鍵優勢：最終線寬由薄膜沉積厚度決定，而非微影對準——因此天生「自對準」，沒有 LELE 那種 overlay 累積問題。把這套流程再做一次（spacer-on-spacer）就是 SAQP（Self-Aligned Quadruple Patterning），密度再翻一倍，是 14/10 nm 節點 fin 與金屬線的主力。
| 方案 | 密度倍數 | 光罩/步驟 | 疊對敏感度 | 圖案彈性 |
|---|---|---|---|---|
| 單次曝光 | 1× | 1 | — | 高 |
| LELE | 2× | 2 | 高（線間距受 overlay） | 高 |
| LE³ / LE⁴ | 3× / 4× | 3 / 4 | 很高 | 高 |
| SADP | 2× | 1 心軸 + spacer | 低（自對準） | 低（需切割步驟） |
| SAQP | 4× | 1 心軸 + 雙 spacer | 低 | 很低 |
SADP 的代價：切割與封端
SADP/SAQP 雖避開疊對問題，卻產生新麻煩：spacer 圍著心軸形成的是連續的封閉迴圈，必須額外用「切割光罩（cut mask）」把不需要的部分切斷、定義線的端點。這些 cut/block 步驟又把疊對問題帶了回來——只是轉移到了線端而非線間距。因此實務上 SAQP 仍需搭配多張切割光罩，總光罩數依然可觀。
成本與良率的雪崩
多重曝光的代價是指數級的：
- 光罩成本：每多一次曝光多一張光罩，先進光罩一張數十萬美元
- 製程時間：曝光—蝕刻循環倍增，機台佔用時間拉長，產能下降
- 疊對預算：LELE 系列要求 overlay 控制在 2～3 nm 以下，SAQP 的切割步驟更嚴苛
- 缺陷累積：每多一道步驟就多一次引入缺陷的機會，良率隨步驟數遞減
業界估算，從 SADP 到 SAQP，單層的微影相關成本可能增加 2～4 倍。當一層要用 LE⁴ 或 SAQP，且這樣的層數愈來愈多，EUV 的單次曝光經濟性就開始勝出。
EUV 如何「收編」多重曝光
EUV（13.5 nm）的最大價值，正是讓許多原本需要 SAQP/LE⁴ 的關鍵層，回歸單次曝光。一次 EUV 曝光取代四次 ArF 曝光—蝕刻循環，省下光罩、步驟與疊對風險。這就是為何即使 EUV 機台昂貴，整體製程成本反而可能下降。
但故事尚未結束：到了 3 nm 以下，連 EUV 單次曝光也開始不夠細，於是 EUV 多重曝光（EUV double patterning）又出現了。歷史以更高的層級重演——直到 High-NA EUV 再次把單次曝光的極限往前推。多重曝光不是過渡技術，而是微影逼近極限時，永遠會被重新拿出來的「終極化整為零」手段。
延伸閱讀：〈浸潤式微影〉、〈High-NA EUV：下一世代微影〉。