SADP（自己整合ダブルパターニング）とは
SADPとは、露光で作った芯の両側へ膜の壁を立て、芯を抜いて残った壁を線として使うことで、ピッチを半分にする技術です。 JEITAのDFM用語集は、芯材として転写されたパターンへ成膜とエッチングによってその両側に新しいパターンを作り、ピッチを1/2にする自己整合ダブルパターニング技術と記しています。
ラインとスペースが繰り返すパターンでは、ピッチが露光装置の解像限界で止まります。SEAJの2012年版リソグラフィ・ロードマップは、開口数1.30から1.35のArF液浸露光装置で生産に使える解像限界をハーフピッチ40nm付近とし、それより細かいパターンを作るにはダブルパターニングの技法を液浸露光へ組み合わせることが要る、としています。2012年版の記述です。
同ロードマップは、スペーサ技術としてのSADPを、1回のパターン露光でピッチの1/2化が行える技術と記し、ダブルパターニングのなかでも最も簡便な工程で、193nm液浸技術の解像限界を遥かに超える解像性能を持つ、としています。
量産でも使われました。同ロードマップは、2011年の時点でNANDフラッシュメモリなど一部のデバイス種において、側壁ダブルパターニング技術と組み合わせてハーフピッチ20nm台の生産が行われていた、と書いています。露光装置はそのままで、工程の組み方だけでそこへ届いています。
芯の両側に、壁を立てます
Section titled “芯の両側に、壁を立てます”工程は五段です。まず露光で芯（コア、Mandrel）を作ります。次に芯の上から膜を一様にかぶせます。膜は芯の上にも、芯の横にも、平らな面にも同じ厚さで回り込みます。三段目に、上から真下の方向だけを削る異方性エッチングをかけます。平らな面の膜は削り切れますが、芯の側面では縦方向の膜厚が厚いため、そこだけが壁として立ちます。四段目に芯を抜きます。芯1本につき、壁が2本立ちます。最後に、その壁をマスクにしてエッチングで下地を加工します。
壁の作り方そのものは、トランジスタのサイドウォールスペーサと同じです。異なるのは、できた壁を絶縁体としてそのまま使うか、次の加工のマスクとして使うかです。
芯のピッチはそのままで、線の本数が倍になります。これがピッチ1/2の中身です。JEITAのDFM用語集は、これを1回行うとSADP、2回繰り返して1/4ピッチにするとSAQP、3回繰り返して1/8ピッチにするとSAOPと呼ぶ、としています。2014年のJEITA用語集の記述です。
芯の材料にも選択肢があります。SEAJのロードマップは、フォトレジストのパターンをそのまま芯に使う手法を有望と記しています。スペーサになる膜をレジストパターンの上へ直接付けるため、レジストのガラス転移点以下で成膜できる手法が望ましい、としています。同ロードマップは、レジストを芯とし低温で成膜できるシリコン酸化膜を使った実証例を挙げ、芯を作るための膜を新たに追加する手間が省け、従来のシングル露光と同じレジスト積層構造で実現できるためプロセスコストの低減にも寄与する、としています。
線の幅を左右するのは、膜の厚みです
Section titled “線の幅を左右するのは、膜の厚みです”SADPでは、線の幅を左右するつまみが露光から成膜へ移ります。SEAJのロードマップは、SADPを終えたあとのラインの寸法が、ほぼスペーサ材の成膜の制御性で決まる、としています。2012年版の記述です。
すき間のほうは二種類あります。同ロードマップは、同じ芯から作られた2本のスペーサのあいだをコアスペース、異なる芯から作られた隣り合うスペーサのあいだをギャップスペースと呼び、この2種類のすき間の寸法が、芯パターンの寸法、スペーサ材の膜厚、エッチング性能によって別々に動く、と記しています。
同ロードマップは、すき間の寸法を調整するうえで最も厄介なノイズ成分がスペーサパターン上のLER（ラインエッジラフネス）であり、LERをどれだけ小さくできるかが寸法安定性を確保する中核になる、としています。LERを改善すると寸法の均一性が劇的に改善し、ラインとスペースの寸法差も是正されたという比較例も挙げています。SEAJの半導体製造装置用語集は、LERをパターン転写後、現像後、エッチング後のパターンエッジのラフネスと記し、ばらつきを3σ値で表記することが多い、としています。
SEAJのウェーハプロセス編ロードマップは、サイドウォール方式のダブルパターニングを、ダミー層を作ったあとの成膜でできたサイドウォールを使って微細パターンを作る複雑な工程と記し、これを2回繰り返してピッチを1/4にするクワッドパターニングでは、ダブルパターニング以上にエッチングがマスク寸法の精度とばらつきを大きく左右する、としています。
重ね合わせが楽になる代わりに、設計が難しくなります
Section titled “重ね合わせが楽になる代わりに、設計が難しくなります”得るものは、重ね合わせの負担の軽さです。SEAJのロードマップは、SADPでは芯パターンの側壁にスペーサパターンを作り、それを使ってより微細なパターンを作るため、オーバーレイ精度の問題が小さい、としています。同ロードマップは、1方向の方形パターンで構成される1Dレイアウトのグリッドライン形成にSADPが最適であるとし、Litho-Etch-Litho-Etch（LELE）に代表されるパターン分割型のダブルパターニングに比べて露光時の重ね合わせ精度を大きく緩和できる、とも書いています。いずれも2012年版ロードマップの記述です。
差し出すものは、レイアウト設計の自由度です。JEITAのDFM用語集は、芯材として転写されるパターンと最終的な回路パターンが異なるため、設計上高度な工夫が要る、と記しています。SEAJのロードマップも、マスクのパターンとウェーハ上に作られるパターンが異なるため、レイアウト設計を直観的に行うことが難しい、としています。SAQPについても、フラッシュメモリのような単純なパターンには有効である一方、ロジックやDRAMではレイアウト設計が難しい、と書いています。
工程数も増えます。東京エレクトロンはアニュアルレポート2018で、自己整合型マルチパターニングをエッチングと成膜を多数使う手法と記し、ラインとスペースの繰り返しパターンのピッチを小さくする用途に向く、としています。1回行うと通常のリソグラフィの2倍、2回行うと4倍の解像能力に相当するパターニングが行える、とも書いています。
線を切る工程も別に付きます。SEAJのロードマップは、1Dレイアウトではグリッドラインの形成とパターンの切断へ工程を分ける手法が有力であり、この相補的な技術をComplementary Lithographyと呼ぶ、と記しています。SADPが引き受けるのは一様なラインを作るところまでで、不要な部分を切る工程が後ろに付きます。
よくある質問（FAQ）
Section titled “よくある質問（FAQ）”SADPとは何ですか？
露光で作った芯の両側へ膜の壁を立て、芯を抜いて残った壁を線として使う技術です。JEITAのDFM用語集は、芯材として転写されたパターンへ成膜とエッチングでその両側に新しいパターンを作り、ピッチを1/2にする自己整合ダブルパターニング技術と記しています。
どうやって作るのですか？
芯を露光で作り、その上から膜を一様にかぶせ、上から真下だけを削る異方性エッチングをかけ、芯を抜き、残った壁をマスクにして下地を加工します。平らな面の膜は削り切れますが、芯の側面では縦方向の膜厚が厚いため、そこだけが壁として立ちます。
なぜピッチが半分になるのですか？
芯1本の両側に壁が2本立つためです。芯のピッチはそのままで線の本数が倍になるので、線と線の間隔が半分になります。SEAJのロードマップは、SADPを1回のパターン露光でピッチの1/2化が行える技術と記しています。
線の幅は何で決まりますか？
壁として残る膜の厚みです。SEAJのロードマップは、SADPを終えたあとのラインの寸法がほぼスペーサ材の成膜の制御性で決まる、としています。線の幅を左右するつまみが、露光量やフォーカスから成膜の厚みへ移ります。
すき間の寸法はどうなりますか？
二種類のすき間が別々に動きます。SEAJのロードマップは、同じ芯から作られた2本のスペーサのあいだをコアスペース、異なる芯から作られた隣り合うスペーサのあいだをギャップスペースと呼び、この2種類が芯パターンの寸法、スペーサ材の膜厚、エッチング性能によって別々に動く、と記しています。
何を差し出すことになりますか？
レイアウト設計の自由度と工程数です。JEITAのDFM用語集は、芯材として転写されるパターンと最終的な回路パターンが異なるため設計上高度な工夫が要る、と記しています。東京エレクトロンは、自己整合型マルチパターニングをエッチングと成膜を多数使う手法と記しています。
SAQPやSAOPとは何ですか？
同じピッチ分割を繰り返した技術です。JEITAのDFM用語集は、1回行って1/2ピッチにする場合をSADP、2回繰り返して1/4ピッチにする場合をSAQP、3回繰り返して1/8ピッチにする場合をSAOPと呼ぶ、としています。
比較・違いを学ぶ
Section titled “比較・違いを学ぶ”- マルチパターニングとは ── SADPを含む上位の分類と、露光を繰り返すもう一方の道
- サイドウォールスペーサとは ── 同じ作り方の壁を、絶縁体としてそのまま使う構造
- 液浸露光（ArF液浸）とは ── SADPが延命の対象にした露光方式
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- JEITA「DFM用語集」2014年（2026年9月2日にリンク生存を実測、200）── 芯材の両側へ成膜とエッチングで新しいパターンを作りピッチを1/2にするというSADPの定め、SADP・SAQP・SAOPの回数とピッチの分割数、芯材のパターンと最終の回路パターンが異なるため設計上の工夫が要ること
- SEAJ 半導体製造装置技術ロードマップ「リソグラフィ」2012年版（2026年9月2日にリンク生存を実測、200）── 液浸露光の解像限界、1回の露光でピッチを1/2にできること、2011年時点のNANDフラッシュメモリでの量産、レジストを芯に使う手法とその利点、成膜の制御性で線の寸法が決まること、コアスペースとギャップスペースの呼び分けと変動因子、LERと寸法安定性、オーバーレイ精度の緩和、レイアウト設計の難しさ
- SEAJ 半導体製造装置技術ロードマップ「ウェーハプロセス」2012年版（2026年9月2日にリンク生存を実測、200）── サイドウォール方式のダブルパターニングが複雑な工程であること、クワッドパターニングでエッチングがマスク寸法の精度とばらつきを大きく左右すること
- 東京エレクトロン「アニュアルレポート2018 半導体の進化を支える技術革新」（2026年9月2日にリンク生存を実測、200）── 自己整合型マルチパターニングがエッチングと成膜を多数使うこと、向く用途、1回で2倍・2回で4倍という解像能力
- SEAJ「半導体製造装置用語集（リソグラフィ）」（2026年9月2日にリンク生存を実測、200）── LERの定めと3σ値での表記