Le multipatterning DUV consiste à former une couche complexe à partir de plusieurs motifs simples, imprimés lors d’expositions successives en ultraviolet profond (DUV). Cette méthode permet de fabriquer des puces de classe avancée sans lithographie EUV, à ultraviolet extrême, mais les expositions répétées compliquent l’alignement et le contrôle du procédé, avec des conséquences possibles sur le coût de fabrication et le nombre de puces vendables.
Comment le multipatterning DUV façonne une couche
Le dessin d’une couche est réparti entre plusieurs motifs, chacun défini par un masque et transféré lors d’une exposition. Les fabricants doivent aligner chaque motif sur les structures déjà gravées. Cette superposition, souvent appelée overlay, devient plus délicate à mesure que les étapes s’accumulent.
Chaque exposition supplémentaire multiplie les occasions d’erreur d’alignement et de variation du procédé. Les étapes répétées peuvent aussi allonger la fabrication. Pour faciliter la production, les concepteurs peuvent ménager davantage d’espace entre les motifs, ce qui augmente la taille des dies, les puces élémentaires découpées dans une tranche de silicium.
Pourquoi le nombre d’expositions pèse sur les coûts
Chris Mack, cofondateur et directeur technique de Fractilia, rapporte une comparaison conventionnelle de l’industrie : trois expositions sur un outil DUV à immersion de 193 nm coûtaient à peu près autant qu’une exposition EUV. Selon lui, l’EUV devenait plus rentable lorsque quatre masques DUV étaient remplacés par un masque EUV.
| Configuration | Comparaison rapportée par Chris Mack | Conséquence économique décrite |
| Trois expositions DUV à immersion, 193 nm | Coût approximativement comparable à une exposition EUV | Repère conventionnel pour comparer le nombre d’expositions |
| Quatre masques DUV remplacés par un masque EUV | L’EUV devient plus rentable, selon Mack | L’accumulation de masques peut faire pencher la comparaison en faveur de l’EUV |
La taille des dies et le rendement pèsent également dans le calcul. Un die plus grand laisse moins de place aux autres sur une tranche, et le rendement, c’est-à-dire la proportion de dies fonctionnels, détermine combien peuvent être vendus. Chris Mack souligne ainsi l’importance du nombre de puces commercialisables par tranche. Une tranche de silicium peut coûter des dizaines de milliers de dollars, ce qui rend ce rendement particulièrement important.
Les exemples de mémoire ne prédisent pas ceux de la logique
Micron a fabriqué sa DRAM 1-alpha sans EUV, avec une lithographie à 193 nm. Son procédé plus récent, 1-gamma, utilise l’EUV. Micron indique que 1-gamma offre une densité de bits par tranche supérieure de plus de 30 % à celle de la génération 1-beta.
Ces exemples concernent la mémoire. Ses structures répétitives se coordonnent plus facilement avec le procédé de fabrication que les circuits logiques complexes. Les résultats obtenus sur la DRAM ne donnent donc pas directement la mesure des coûts ou du rendement que le multipatterning DUV permettrait d’atteindre pour des processeurs logiques.
Les analyses du Kirin 9030 rapprochent sa densité de celle associée au 5 nm, tout en situant le procédé de SMIC en deçà des procédés 5 nm de pointe de Samsung et TSMC. Chris Mack rappelle que les noms de nœuds, comme « 5 nm », ne suffisent pas à établir une équivalence technique. Il juge également difficilement crédible la viabilité économique d’une production en 3 nm ou 2 nm sans EUV.
