与沉积技术相同，原子层刻蚀同样分为若干半周期进行，这些半周期也是自限性的。例如，在硅刻蚀工艺中，第一个半周期将硅表面暴露在氯下，氯与第一层硅原子结合，弱化它们与底层原子的键合（图2）。当表面饱和时，该过程停止，然后清除未使用的氯。第二个半周期使用氩离子来撞击改性表面，去掉氯激活的硅顶层，而不是底层硅。氯化层去掉之后，周期完成，薄材料层已精确去除。
过去，要将原子层刻蚀工艺集成到大规模半导体生产中，我们会受制于相对连续刻蚀工艺来说较低的刻蚀速率。以下两个因素结合在一起，减少了较低刻蚀速率对整体产量的影响。第一个因素是特征尺寸持续减小，从而减少了要去除的材料数量，以及所需的ALE周期数。第二个因素是ALE技术的进步，例如快速气体交换技术，它们显著提高了循环速度。随着我们越来越多地需要对较小结构实现原子级控制，这种技术引起了更多关注。原子层刻蚀还提供了其他一些重要优势，包括改进的方向性（异向性）、更光滑的表面、更好的材料选择性、更均匀的刻蚀表面、较少的表面损坏和混合，消除了图案密度引起的非均匀效应，并改进了晶圆间的均匀性。
创新的原子层刻蚀与原子层沉积技术解决方案
EUV 光刻技术中的随机缺陷
在7nm和10nm节点采用EUV光刻技术的制造商面临着随机缺陷的挑战。EUV光的较短波长使其能够聚焦至更精细图案，但也意味着每个光子具有更多能量，产生更多光致酸，同时曝光更大量的光刻胶。EUV系统非常昂贵，而且必须实现较高的产量才能在成本基础上与传统 （i193） 光刻技术进行竞争，因此它们采用短曝光、低光子剂量以及以最小量光子就可以实现曝光的化学放大光刻胶（CAR）。光刻胶中光子与光致酸在空间与时间分布上的随机变化性会导致随机缺陷，这本质上是一种统计块度，在已创建的光刻胶图案中体现为边缘和表面粗糙度。圆形边缘粗糙度 （CER） 以及线边缘粗糙度 （LER） 均是边缘定位误差（EPE） 的组成部分，最终限制了特征尺寸可能减少的程度。在先进节点中，50% 以上的BEOL区域是为EPE保留的；设备扩展受到EPE扩展的限制而且需要节点对节点EPE下降30%（图 3）。
图 3. 边缘放置误差 （EPE） 最终限制空间扩展。50%的BEOL区域是为EPE保留的。因EUV光刻技术中随机缺陷引起的线和圆形边缘粗糙度极大地促进了EPE的产生。
原子层刻蚀有助于减少这些随机缺陷的影响。因为它在自限性步骤中逐层进行，而且因为工艺步骤将化学活性物质与高能离子相分离，因此原子层刻蚀不会产生传统的刻蚀工艺中出现的粗糙的镶边层。更重要的是，原子层刻蚀与原子层沉积的重复循环，能够降低EUV中随机缺陷引起的粗糙度。凹凸表面比平面具有较高的表面体积比，这就导致在原子层刻蚀的过程中凸面被整平，而在原子层沉积的过程中凹面被填充。不仅随机缺陷非常小，而且在这一平整工艺过程中去除和沉积的层也非常薄，大约为半纳米。事实表明，这一工艺降低了CER并提高了小尺寸孔的CD均匀度。同样，它也降低了LER、改进了CDU，清除了细小的（小于10nm）线宽和距离中棘手的短路缺陷（图 4）。
