La machine de lithographie EUV High-NA d’ASML est prête à transformer la fabrication de puces

La machine de lithographie EUV d’ASML est exposée lors de la 4e China International Import Expo (CIIE) au National Exhibition and Convention Center de Shanghai.

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La société néerlandaise ASML, l’une des valeurs les plus chaudes d’Europe, travaille sur une nouvelle version de sa machine de lithographie ultraviolette extrême, qui est utilisée pour graver des motifs sur des morceaux de silicium qui forment les puces les plus avancées au monde.

Basée à Veldhoven, un petit village près de la ville néerlandaise d’Eindhoven, ASML est la seule entreprise au monde capable de fabriquer ces machines EUV très complexes, mais cela ne s’arrête pas là.

La machine EUV actuelle de la société est utilisée par TSMC, Samsung et Intel pour fabriquer des puces qui se retrouvent dans la dernière génération d’ordinateurs et de smartphones. Mais une nouvelle version de la machine EUV est en préparation, baptisée High NA, qui pourrait permettre aux fabricants de puces de créer des puces encore plus sophistiquées pour alimenter la prochaine génération d’appareils électroniques. NA signifie ouverture numérique.

ASML est né en 1984 lorsque le géant de l’électronique Philips et le fabricant de machines à puces Advanced Semiconductor Materials International ont décidé de créer une nouvelle société pour développer des systèmes de lithographie pour l’industrie croissante des semi-conducteurs. Appelée ASM Lithography, l’entreprise a commencé son travail sous de mauvais auspices – dans un hangar à côté d’un bureau Philips à Eindhoven.

Aujourd’hui, ASML est évalué à 329 milliards de dollars, et certains investisseurs technologiques s’attendent à ce qu’il atteigne 500 milliards de dollars d’ici la fin de 2022. C’est la plus grande entreprise technologique d’Europe en valeur de marché et l’une des plus grandes au monde. Elle emploie plus de 31 000 employés aux Pays-Bas, aux États-Unis, en Corée du Sud, à Taïwan et en Chine continentale.

Comment fonctionnent les machines EUV

Les machines EUV projettent des faisceaux de lumière exceptionnellement étroits sur des plaquettes de silicium qui ont été traitées avec des produits chimiques « photorésist ». Des motifs complexes sont créés sur la plaquette où la lumière entre en contact avec les produits chimiques, qui sont soigneusement disposés au préalable. Ce processus, qui conduit à la formation des transistors les plus importants, est connu sous le nom de lithographie.

Les transistors sont l’un des éléments de base de l’électronique moderne et ils permettent à un courant électrique de circuler autour d’un circuit. De manière générale, plus vous pouvez installer de transistors sur une puce, plus cette puce sera puissante et efficace.

Tous les systèmes de lithographie fabriqués par ASML ne disposent pas de capacités EUV. L’EUV est la dernière technologie de l’entreprise, qu’elle a introduite il y a quelques années pour la fabrication en grand volume. DUV (ultraviolet profond) est toujours le cheval de bataille de l’industrie.

Chris Miller, professeur adjoint à la Fletcher School of Law and Diplomacy de l’Université Tufts, a déclaré à CNBC que les fabricants de puces souhaitent utiliser la longueur d’onde de lumière la plus étroite possible en lithographie afin de pouvoir installer plus de transistors sur chaque morceau de silicium. Les puces TSMC dans la dernière Les iPhones d’Apple, qui ont été créés avec les machines EUV d’ASML, contiennent environ 10 milliards de transistors.

Développement de la nouvelle machine

High NA devrait être encore plus gros, plus cher et plus compliqué que la machine EUV actuelle d’ASML.

« Il comprend une nouvelle conception optique et nécessite des étapes beaucoup plus rapides », a déclaré un porte-parole de l’ASML à CNBC. Ils ont ajouté que la machine High NA a une résolution plus élevée qui permettra des fonctionnalités de puce 1,7 fois plus petites et une densité de puce 2,9 fois accrue.

« Avec cette plate-forme, les clients réduiront le nombre d’étapes de processus », a poursuivi le porte-parole. « Ce sera une forte motivation pour eux d’adopter la technologie. La plate-forme offrira des réductions significatives des défauts, des coûts et du temps de cycle. »

Pour le contexte, chacune des machines EUV actuelles aurait plus de 100 000 composants, et elles prendraient 40 conteneurs de fret ou quatre gros porteurs à expédier. Ils ont coûté environ 140 millions de dollars chacun, selon les rapports.

« Ils ne se reposent pas sur leurs lauriers », a déclaré Miller, ajoutant que la nouvelle machine de la société permettra des gravures encore plus spécifiques sur des puces de silicium.

La première machine High NA est toujours en cours de développement et devrait être disponible en accès anticipé à partir de 2023 afin que les fabricants de puces puissent commencer à l’expérimenter et apprendre à la faire fonctionner.

Les clients pourront ensuite les utiliser pour leur propre recherche et développement en 2024 et 2025. Ils seront probablement utilisés dans la fabrication de gros volumes à partir de 2025.

En juillet, le PDG d’Intel, Pat Gelsinger, a déclaré que la société s’attend à être le premier destinataire de la machine High NA d’ASML.

« Je parierais qu’il a payé cher pour ce droit parce qu’il n’est certainement pas la seule personne qui aimerait mettre la main sur cette machine en premier », a déclaré Miller.

Maurits Tichelman, vice-président des ventes et du marketing chez Intel, a déclaré à CNBC: « High NA EUV est le prochain changement technologique majeur sur la feuille de route EUV. »

Il a ajouté : « Nous sommes positionnés pour recevoir le premier outil EUV High NA de production du secteur et nous nous efforçons de permettre son introduction en 2025 », a déclaré Tichelman. il a refusé pour dire combien de machines Intel a commandées.

Le nouvel outil High NA EUV passe d’un objectif à ouverture de .33 à une ouverture plus nette de .55 pour permettre un motif à plus haute résolution, a déclaré Tichelman.

Une ouverture plus élevée permet un faisceau EUV plus large à l’intérieur de la machine avant qu’il n’atteigne la plaquette. Plus ce faisceau est large, plus il peut être intense lorsqu’il frappe la plaquette, ce qui augmente la précision de l’impression des lignes. Cela permet à son tour des géométries plus petites et des pas beaucoup plus petits, augmentant la densité.

Alan Priestley, analyste des semi-conducteurs chez Gartner, a déclaré à CNBC que la nouvelle machine d’ASML permettra aux fabricants de puces de fabriquer des puces inférieures à trois nanomètres. Les puces les plus avancées au monde mesurent actuellement trois nanomètres et plus.

Les machines High NA coûteront environ 300 millions de dollars, soit le double des machines EUV existantes, et elles auront besoin d’une nouvelle technologie d’objectif complexe, a ajouté Priestley.

Comment sont fabriqués les chips

Les puces sont souvent composées de 100 à 150 plaquettes de silicium superposées les unes sur les autres. Seules les couches les plus compliquées doivent être réalisées avec des machines EUV, tandis que des couches plus simples peuvent être réalisées avec des machines DUV, que ASML fabrique également, et d’autres outils.

Les machines EUV prennent des années à construire et ASML ne peut en expédier qu’un nombre limité au cours d’une année donnée. L’année dernière, il n’en a vendu que 31 selon ses données financières, et il n’en a fabriqué qu’une centaine au total.

« Par rapport aux machines EUV traditionnelles, une machine High NA fournit un objectif plus grand capable d’imprimer des motifs plus petits, permettant une fabrication efficace de puces plus puissantes », a déclaré Syed Alam, responsable mondial des semi-conducteurs chez Accenture.

« Les fabricants de puces cherchant à imprimer des caractéristiques plus petites sur des puces ont dû s’appuyer sur des techniques de double ou triple motif, ce qui prend du temps », a-t-il ajouté. « Avec une machine EUV à NA élevé, ils sont capables d’imprimer ces caractéristiques en une seule couche, ce qui permet un délai d’exécution plus rapide et une meilleure flexibilité de processus. »

Les fabricants de puces devront trouver un équilibre entre de meilleures performances et les coûts plus élevés associés à des machines plus sophistiquées, a déclaré Alam.

« Cela est particulièrement vrai avec les machines EUV High NA où des objectifs plus grands impliquent des coûts d’acquisition et de maintenance plus élevés », a-t-il déclaré.

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