Toshiba serait en pourparler avec divers acteurs afin de mettre à jour ses usines. Le fondeur hésite entre passer à des wafers de 450 mm et l’ampilation de transistors ou faire appel aux techniques de lithographie extrême ultraviolet (EUV). La firme souhaite rester à jour alors qu’elle a la charge de projet de plus en plus ambitieux. Cette annonce montre aussi que les techniques actuelles commencent à montrer leur limite et que l’on se prépare pour 2009 et la gravure en 32 nm.

L’échéance de 2009

Il semblerait que les acteurs du marché aient pour objectif de graver en 32 nm d’ici 2009, voire 2010 (cf. « Graver en 32 nm d’ici 2009 ? »). Intel et Toshiba envisagent la lithographie par ultraviolet extrême pour arriver à leurs fins (image ci-contre). Ce serait donc une évolution pour ce dernier par rapport à la lithographie par immersion aujourd’hui en place dans ses usines (cf. « Toshiba Sony et Nec : co-développement à 45 nm »). De son côté, Intel utilise toujours des scanners secs.

Sec, immersion et EUV

Très sommairement, lorsqu’un fondeur veut graver un wafer, il utilise un masque qu’il reproduit sur le wafer. Le die est en fait une reproduction plus petite du masque. Pour ce faire, il peut avoir recours à plusieurs techniques. Intel utilise une photolithographie sèche. Grossièrement, on emplois des lentilles pour manipuler la lumière afin de la focaliser, la réduire et graver le wafer à partir du masque.

La lithographie par immersion est une technique dont on parle de plus en plus. Elle consiste à placer le wafer dans un bain liquide qui a un indice de réfraction supérieur à 1. Le liquide agit donc comme une lentille ou une loupe en grossissant l’apparence du wafer. Le principe est le même que pour la lithographie sèche, il s’agit de focaliser la lumière pour accroître la finesse de gravure.

Enfin, on a la lithographie par ultraviolet extrême qui serait la solution pour graver en 32 nm et moins. Le principe est le même qu’auparavant : focaliser un rayon, mais cette fois-ci, il s’agit d’un ultraviolet extrême. Sa longueur d’onde se situe entre 10 et 15 nm. Au lieu d’utiliser des optiques, on va faire appel à des miroirs rétrécissant le rayon.

Certains affirment que l’EUV est nécessaire si on veut descendre en dessous de 45 nm. Ils estiment que les gaz utilisés pour la lithographie par immersion 193 nm ne sont pas suffisants pour graver à 32 nm.

Passer à une lithographie extrême ultraviolet n’est pas si simple que ça

On comprend donc pourquoi Toshiba se penche sérieusement sur la question. La firme est en négociations avec Nikon et ASML Holding NV. On sait que Nikon dispose d’outils de lithographie extrême ultraviolet utilisant une longueur d’onde de 13 nm.

Le problème c’est que les machines sont grosses, cher (50 à 60 millions de dollars par machine) et le rendement n’est pas particulièrement bon aujourd’hui. Toshiba fait partie de l’Extreme UltraViolet Lithography System Development Association (EUVA). Elle œuvre donc pour le développement de cette technologie, mais reconnaît pour l’instant que son adoption n’est pas évidente.

Sachant que c’est une nouvelle technologie, il y aussi le risque de retard de production pour cause de problèmes diverse.

Le plan B : des wafers de 450 mm

L’autre option serait d’utiliser d’autres techniques de gravure. On pense par exemple à l’empilage 3D (3D stacking). Il s’agit d’une technologie visant à empiler les transistors en trois dimensions (cf. « Toshiba décuple la densité de la mémoire Flash »)

Néanmoins, cela voudrait dire qu’il faille accélérer l’utilisation de wafer de 450 mm. Des plus grands wafers permettraient d’augmenter le nombre de puces produites et de réduire les coûts. C’est un facteur important surtout si on parle d’une technologie dont les yields risquent d’être faibles.

Très peu de compagnies semblent néanmoins faire le pas. À part Intel, Samsung et Toshiba, personne ne semble vraiment être de la partie (pour l’instant) et on pense que les premières usines ne devraient apparaître qu’autour de 2012. De plus, on réserve le 3D stacking aux puces mémoires pour l’instant. Ces dernières sont beaucoup moins complexes à fabriquer que des processeurs.

Si rien n’est encore joué, il sera intéressant de voir si les fondeurs tels qu’Intel, IBM et Toshiba réussiront à garder la cadence effrénée de ces dernières années. Il est vrai que les finesses de gravures se sont succédées à un rythme impressionnant.

Pour rappel, en 1997, le Tillamook, nom de code du Pentium MMX tournait à 233 MHz et ses 4,5 millions de transistors étaient gravés en 350 nm. En août 2002, le Pentium 4 (Northwood) affichait une fréquence de fonctionnement de 2,6 GHz et ses 55 millions de transistors étaient gravés en 130 nm. Aujourd’hui, on attend par exemple le Penryn et on parle de 410 millions de transistors gravés en 45 nm.