La lithographie à ultraviolets extrême fin prête

Les processus actuels de fabrication de semiconducteurs semblent être en bout de course. Les nouvelles évolutions sont de plus en plus difficiles et bon nombre de pistes ont été évoquées pour que la technologie continue à évoluer au niveau de la lithographie (passer d’un masque définissant les processeurs à la réalisation effective sur un matériau semiconducteur) : changer de matériau (remplacer le silicium par l’arseniure de gallium et d’indium, par exemple) ou changer de bande de fréquence pour créer les circuits sur le silicium (la bande optique — 193 nm pour le moment — par des rayons ultraviolets extrêmes, dits EUV en anglais — 13,5 nm).

Cette dernière piste faisait l’objet de développements intensifs ces derniers temps, mais sans que tout le monde s’accorde sur le fait que la technologie sera prête à temps (avant que d’autres ne donnent de meilleurs résultats à des coûts similaires). Il y a six mois, ASML, le principal fournisseur de machines pour l’EUV, annonçait atteindre une puissance de 250 W… avec quatre ans de retard et uniquement en laboratoire.

Samsung promettait d’être le premier à produire des puces avec ce procédé, dès la seconde moitié de 2018. La compétition n’est pas en reste : GlobalFoundries, TSMC et Intel pourraient suivre dans les trois à six mois. Il n’empêche que ces derniers ne sont pas toujours aussi ouverts quant à leurs annonces : les plans d’Intel ne sont pas toujours clairs, mais la société a néanmoins acheté bien plus d’outils EUV que toute autre société active dans le domaine.

La mise en production devrait se faire pour toutes ces sociétés de la même manière : au niveau d’un nœud dénommé 7 ou 10 nm, mais en deuxième itération. Les premiers processeurs gravés avec cette finesse le seront avec des outils plus conventionnels (qui n’ont pas tellement évolué depuis les années 1980), poussés à leur extrême limite ; les suivants le seront avec l’EUV. La technique de l’EUV continuera de s’améliorer avec les années : si une puissance de 250 W sera suffisante pour le moment, il faudra probablement monter à 500 W pour le nœud suivant (3 nm), voire 1 kW pour celui d’après (1 nm) — alors que la consommation électrique d’une telle machine atteint déjà 1 MW pour émettre des ultraviolets à 250 W.

Le raisonnement est que cumuler ces deux changements fondamentaux (finesse de gravure et processus de lithographie) risque d’être trop difficile. Par contre, se passer de l’EUV serait catastrophique, la technologie pouvant réduire fortement les coûts et augmenter les vitesses de traitement : vu la différence de longueur d’onde, GlobalFoundries a déclaré qu’une puce qui nécessite aujourd’hui quinze étapes de production au niveau de la lithographie n’aurait plus besoin que de cinq avec l’EUV.

Un dernier problème doit toujours être résolu pour que l’ère de l’EUV s’avance : les masques utilisés. Avec l’EUV, ils ne ressemblent pas vraiment à ceux utilisés précédemment : avec une source de lumière à 193 nm, le faisceau traverse le masque pour imprimer les composants nécessaires sur le silicium ; avec l’EUV, la lumière est réfléchie sur le masque et ses dizaines de couches de matériaux divers. Ces masques peuvent avoir des imperfections lors de leur fabrication : dans ce cas, les processeurs imprimés ne pourront pas fonctionner. Il faut donc les inspecter précisément pour voir s’il y a des défauts et les corriger le cas échéant. On peut toujours utiliser les outils précédents, mais ils fonctionnent avec une longueur d’onde de 193 nm : ils peuvent détecter une série de défauts, mais ils ne sont pas assez précis pour tout voir. Les outils d’inspection par faisceau d’électrons ont une résolution suffisante (ASML a produit les premières machines), mais sont bien trop lents. Au lieu de vérifier le masque, il est aussi possible de vérifier les processeurs fabriqués, mais ce procédé est extrêmement lent. Samsung semble le plus avancé sur ce point, avec un outil d’inspection par actinisme.

Un autre problème, bien que moins sérieux, se présente au niveau des masques. En effet, malgré toutes les précautions prises, toutes les machines utilisées produisent de la poussière. Il faut protéger les masques de cette poussière, sinon les processeurs produits auront un défaut dû l’ombre produite par ce grain de poussière. La technique actuelle est d’apposer une pellicule de protection sur les masques, mais il n’y a pas encore vraiment de matériau qui laisse passer les EUV et résiste à toutes les conditions particulières (subir les déformations mécaniques et les photons de très haute énergie). Pour le moment, les fabricants de semi-conducteurs préfèrent utiliser des masques nus

Source et détails : EUV Lithography Finally Ready for Chip Manufacturing.

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