DUV-multipatterning is een manier om een chiplaag met meerdere eenvoudige patronen en opeenvolgende belichtingen op te bouwen. Chinese chipmakers kunnen er geavanceerde chips mee maken zonder EUV, maar de extra eisen aan uitlijning en procescontrole kunnen de dies groter maken en het aantal verkoopbare chips per wafer beperken.
Hoe meerdere belichtingen samen één chiplaag vormen
DUV staat voor diep ultraviolet; EUV staat voor extreem ultraviolet. Bij multipatterning wordt een complexe laag verdeeld in eenvoudigere patronen die na elkaar op de wafer worden belicht. Elk nieuw patroon moet nauw aansluiten op wat bij eerdere stappen al is aangebracht en geëtst. Het lijkt op een tekening die je uit meerdere transparante lagen opbouwt: een kleine verschuiving tussen de lagen kan het eindresultaat beïnvloeden.
Die uitlijning heet overlay. Bij meer belichtingen stapelen de mogelijkheden voor overlayfouten en procesvariatie zich op. Om de productie beheersbaar te houden, kunnen ontwerpers extra ruimte rond structuren laten. Dat kan de chipdie groter maken. Een die is het afzonderlijke chipstuk dat uit een wafer wordt gesneden.
Waarom het aantal belichtingen de kosten beïnvloedt
Meer belichtingen betekenen extra productiestappen en meer kansen op variatie. Grotere dies passen met minder op een wafer, terwijl de yield, het aandeel bruikbare dies, bepaalt hoeveel chips uiteindelijk verkoopbaar zijn. De economische vraag draait dus om de verkoopbare chips per wafer, niet alleen om de vraag of een proces een werkende chip kan opleveren.
Chris Mack, medeoprichter en CTO van Fractilia, beschreef een gangbare kostenvergelijking tussen 193nm-immersiebelichting en EUV als volgt:
| Situatie | DUV-immersiebelichting | EUV-belichting | Kostenvergelijking volgens Mack |
| Gangbare vergelijking | Drie belichtingen met een 193nm-systeem | Eén belichting | Ongeveer even duur |
| Vier maskers | Vier 193nm-maskers | Eén EUV-masker vervangt de patronen | EUV werd volgens Mack kosteneffectiever |
Deze vergelijking geeft Macks beschrijving van een gebruikelijke vuistregel weer. Ze is geen actuele prijsopgave voor een specifieke fabriek of chip. Meer belichtingen kunnen bovendien de productietijd verlengen, naast de mogelijke gevolgen voor diesize en yield.
Wat voorbeelden uit geheugen en logica laten zien
Microns 1-alpha-DRAM werd volgens de berichtgeving met 193nm-lithografie gemaakt zonder EUV. Microns 1-gamma-proces gebruikt wel EUV; Micron meldde voor 1-gamma meer dan 30 procent hogere bitdichtheid per wafer dan bij de voorafgaande 1-beta-generatie. DRAM heeft herhalende structuren die gemakkelijker op het productieproces zijn af te stemmen dan de complexere structuren van logische chips. Het geheugenvoorbeeld laat daarom niet zien dat DUV bij logische chips dezelfde productie-economie oplevert.
Ook een nodebenaming is geen bewijs dat twee processen gelijkwaardig zijn. Een analyse van de Kirin 9030 plaatste het DUV-proces van SMIC qua dichtheid in de buurt van wat met 5 nm wordt geassocieerd, maar beschreef het als minder ver geschaald dan de leidende 5nm-processen van Samsung en TSMC. Chris Mack achtte het economisch moeilijk voorstelbaar dat productie op 3 nm of 2 nm zonder EUV rendabel wordt; dat is zijn beoordeling, geen universele technische grens.
