DUV-Multipatterning, also die Aufteilung komplexer Chipstrukturen auf mehrere Belichtungen mit tiefem Ultraviolett (Deep Ultraviolet, DUV), ermöglicht chinesischen Herstellern Chips ohne EUV-Lithografie. EUV steht für extremes Ultraviolett. Zusätzliche Belichtungen erhöhen den Aufwand für die Ausrichtung und Prozesskontrolle und können beeinflussen, wie viele verkäufliche Chips aus einem Wafer entstehen.
Wie DUV-Multipatterning eine Chipstruktur erzeugt
Beim Multipatterning wird eine komplexe Schicht in einfachere Muster zerlegt. Die Fertigung belichtet diese Muster nacheinander und richtet jedes an den bereits geätzten Strukturen aus. Diese Ausrichtung heißt Overlay.
Mit jeder weiteren Belichtung kommt eine zusätzliche Gelegenheit für Overlay-Fehler und Prozessschwankungen hinzu. Das kann die Fehlergefahr erhöhen. Um die Fertigung zu erleichtern, können Chipdesigner mehr Abstand zwischen Strukturen vorsehen. Dadurch wächst die Chipfläche.
Warum mehr Belichtungen die Kosten beeinflussen
Größere Dies, also einzelne Chips auf einem Wafer, lassen sich dort weniger zahlreich unterbringen. Auch die Ausbeute zählt: Sie bezeichnet den Anteil der Dies, die sich nach der Fertigung verkaufen lassen. Größere Chipflächen und eine geringere Ausbeute können somit die Kosten pro verkäuflichem Chip erhöhen.
Der Lithografieexperte Chris Mack, Mitgründer und CTO von Fractilia, beschrieb eine branchenübliche Kostenregel für DUV- und EUV-Belichtungen. Der Vergleich bezieht sich auf 193-nm-Immersion und eine EUV-Belichtung:
| Vergleich | DUV-Mehrfachbelichtung | EUV |
| Belichtungen mit ähnlichen Kosten | Drei Belichtungen mit 193-nm-Immersion | Eine EUV-Belichtung, laut Mack ungefähr gleich teuer wie drei DUV-Belichtungen |
| Vergleich ab vier Masken | Vier 193-nm-Masken | Mack zufolge ab dieser Schwelle wirtschaftlicher |
Die Faustregel beschreibt einen Kostenvergleich von Belichtungen. Für die Fertigung zählt außerdem, wie groß die Dies ausfallen und wie viele davon verkäuflich sind.
Was die Beispiele aus Speicherchips und Logik zeigen
Microns DRAM-Generation 1-alpha entstand laut der beschriebenen Prozessangaben ohne EUV und mit 193-nm-Lithografie. Die Generation 1-gamma verwendet EUV. Micron zufolge erreicht 1-gamma eine um mehr als 30 Prozent höhere Bitdichte pro Wafer als 1-beta.
DRAM speichert Daten in regelmäßig angeordneten Strukturen, die sich leichter gemeinsam mit dem Fertigungsprozess optimieren lassen als komplexe Logikchips. Microns Beispiel zeigt daher, wie weit DUV bei Speicherchips eingesetzt werden kann, belegt aber nicht dieselbe Wirtschaftlichkeit für Logikprozessoren.
Beim Kirin 9030 wurde eine Prozessdichte beschrieben, die sich der mit 5 nm verbundenen Dichte annähert. Sie lag jedoch weiterhin unter der Skalierung führender 5-nm-Prozesse von Samsung und TSMC. Die Bezeichnung eines Fertigungsknotens allein weist keine technische Gleichwertigkeit nach. Mack hält es zudem für schwer vorstellbar, dass 3-nm- oder 2-nm-Prozesse ohne EUV wirtschaftlich wären.
