Les machines qui gravent les puces les plus avancées vont bientôt avoir besoin de « pochoirs » beaucoup plus grands.
Pour fabriquer une puce, les industriels projettent des motifs extrêmement fins sur une plaque, couche après couche. Ces motifs proviennent d'un photomasque, un modèle très précis utilisé par la machine de lithographie. Aujourd'hui, les masques employés pour les procédés les plus avancés mesurent environ 15 cm de côté.
Détail des structures inscrites sur un photomasque au chrome.
Crédit : Sei / Wikimedia Commons — CC BY-SA 4.0
ASML et TSMC préparent désormais le passage à un format d'environ 30 cm, soit 12 pouces. Le changement accompagnera la nouvelle génération de machines utilisant l'ultraviolet extrême, ou EUV. Cette lumière permet de tracer des détails minuscules nécessaires aux processeurs récents. Les premières machines dites High NA fonctionneront néanmoins avec les masques actuels.
Pourquoi doubler leur taille ? Les futures puces destinées notamment à l'intelligence artificielle seront très grandes. Avec le système actuel, la machine peut devoir exposer séparément plusieurs zones pour reproduire tout le dessin. Ces morceaux doivent ensuite se rejoindre avec une très grande précision. Cette opération, appelée assemblage ou « stitching », ralentit la fabrication et impose des contraintes supplémentaires.
Un masque plus grand permettrait de placer davantage de motifs dans une seule zone utilisable. Les fabricants pourraient donc produire de grandes puces avec moins d'expositions séparées. Pour une usine qui traite des milliers de plaques de silicium, quelques étapes évitées peuvent avoir un effet important sur le débit des machines et le coût de chaque puce.
Mais changer de format est un gros investissement : toute la chaîne doit évoluer : la fabrication des masques, le contrôle de leurs défauts, leur manipulation et leur transport. Les machines de lithographie devront également être adaptées. C'est pourquoi ASML et TSMC lancent cette transition plusieurs années avant son utilisation industrielle prévue.
Le calendrier donne une idée de l'ampleur du chantier. TSMC prévoit d'utiliser la technologie High NA d'ASML pour sa production de masse à partir de 2030, d'abord avec les masques actuels. Les partenaires veulent mettre en place une ligne pilote pour les masques de 12 pouces en 2031. Des systèmes compatibles avec ce format sont prévus pour la production avancée vers 2033.
Cette évolution concerne directement les générations de processeurs qui suivront celles actuellement en préparation.
Le passage aux grands photomasques dépend maintenant de nombreux fournisseurs, et pas seulement d'ASML et de TSMC. Des fabricants de semi-conducteurs et des spécialistes des masques ont déjà manifesté leur intérêt pour l'initiative. Les prochaines années serviront notamment à construire les équipements capables de produire et contrôler ces nouveaux masques avant leur arrivée dans les usines.