China Master EUV beaucoup plus tôt que prévu

Le prototype EUV chinois arrive en avance

Avec l'amélioration des techniques informatiques, des puces toujours plus performantes ont été inventées. La dernière génération de nœuds 3 nm et 2 nm est si petite que la longueur d'onde de la lumière visible est tout simplement trop grande pour permettre une gravure fiable à cette échelle.

Ce n'est pas nouveau, car l'industrie utilise depuis longtemps la lumière DUV (ultraviolet profond) pour la lithographie sur les plaquettes de silicium. Mais pour atteindre l'échelle nanoscopique des puces les plus avancées, une source lumineuse à longueur d'onde encore plus courte était nécessaire.

Cette source lumineuse et cette méthode de lithographie sont appelées EUV (Extreme UltraViolet).

Source: Zeiss

Jusqu'à présent, l'EUV était le monopole de la société néerlandaise ASML. (ASML + 0.73%), le seul fabricant au monde de machines de lithographie EUV.

En 2019, les puces TSMC gravées en 7 nm ont été fabriquées grâce au premier procédé EUV, permettant la mise sur le marché de produits destinés aux clients en grande quantité.

Le contrôle de l'accès à la technologie EUV est au cœur des sanctions américaines imposées à l'industrie chinoise des semi-conducteurs. Dès 2018, les États-Unis ont commencé à faire pression sur les Pays-Bas pour empêcher ASML de vendre des machines EUV, des composants associés et des services de maintenance.

L'idée était que la restriction de l'accès à la lithographie EUV ralentirait la capacité de la Chine à fabriquer des puces de pointe et, associée à des limitations sur l'exportation d'accélérateurs d'IA avancés, aiderait les États-Unis à conserver une longueur d'avance dans la course à l'IA.

Or, il semble désormais que la volonté de la Chine d'accéder à l'indépendance dans le secteur des semi-conducteurs se soit accélérée sous la pression, et Reuters rapporte que la Chine a achevé un prototype de machine EUVSi le développement se poursuit comme prévu, la production de puces pourrait commencer dès 2028, avec une augmentation progressive de la production à partir de cette date.

Cela pourrait non seulement compliquer les efforts occidentaux visant à limiter l'accès de la Chine à la fabrication de pointe, mais aussi représenter une menace à long terme pour la chaîne d'approvisionnement des semi-conducteurs centrée sur l'Occident, survenant des années plus tôt que ne le prévoyaient même de nombreux analystes optimistes à l'égard de la Chine.

« En avril, le PDG d'ASML, Christophe Fouquet, a déclaré que la Chine aurait besoin de "très, très nombreuses années" pour développer une telle technologie. »

« Mais l’existence de ce prototype, révélée pour la première fois par Reuters, laisse penser que la Chine pourrait être bien plus proche de l’indépendance dans le secteur des semi-conducteurs que ne le prévoyaient les analystes. »

Comment fonctionne réellement la lithographie EUV

Ce qui rend l'EUV si unique — et explique pourquoi elle est restée un monopole d'ASML pendant de nombreuses années — c'est que l'EUV n'est pas une simple technologie, mais l'assemblage de nombreux exploits d'ingénierie ultra-précise en un seul système intégré.

La première partie est un CO ultra-puissant₂ Ce laser d'une puissance d'environ 30 kW est l'un des lasers industriels pulsés les plus puissants au monde. Dans les machines d'ASML, il est produit par l'entreprise allemande [nom de l'entreprise manquante]. Trumpf.

Mais ce n'est pas le laser lui-même qui produit la lumière EUV ; c'est la source d'énergie. Pour générer l'EUV, le système surchauffe de minuscules gouttelettes d'étain fondu pour les transformer en plasma, les machines d'ASML projetant environ 50 000 gouttelettes d'étain par seconde.

Le plasma doit être porté à des températures extrêmes, souvent citées aux alentours de 220 000 °C (360 000 °F), créant des conditions bien plus chaudes que la surface du Soleil et poussant l'ingénierie industrielle à ses limites.

L'ensemble du processus doit également se dérouler dans un vide quasi parfait, car l'air (et la plupart des matériaux) absorbent la lumière EUV.

Source: Semi-ingénierie

Et ce n'est pas tout. Il faut maintenant diriger, modeler et focaliser cette lumière EUV avec une précision étonnante pour structurer les plaquettes de silicium à la pointe de la technologie — souvent évoquée en termes de densités de transistors approchant les 100 millions de transistors par millimètre carré pour les nœuds technologiques les plus avancés.

Ces miroirs incurvés, développés par le leader allemand de l'optique Zeiss, doivent être fabriquées et alignées avec une précision proche du niveau atomique.

« Si l’on agrandissait un tel miroir EUV à la taille de l’Allemagne, la plus grande irrégularité – la Zugspitze, pour ainsi dire – atteindrait une hauteur de 0.1 millimètre. »

Cette précision est si extrême que la précision directionnelle des miroirs est souvent décrite par des analogies frappantes. Par exemple, si un miroir EUV était utilisé pour rediriger un faisceau vers la Lune, il serait théoriquement suffisamment précis pour atteindre un objet aussi petit qu'une balle de ping-pong à la surface lunaire.

Ces optiques sont également recouvertes d'un empilement multicouche — souvent composé de matériaux alternés comme le silicium et le molybdène — dont l'épaisseur n'est que de quelques atomes par couche.

« Pour cela, jusqu'à 100 couches sont superposées ici. Une seule couche ne réfléchirait qu'environ 1 % de la lumière – la perte serait bien trop importante. »

Il en résulte une réflectivité qui rend jusqu'à 70 % de la lumière utilisable.

Enfin, la plaquette de silicium elle-même doit se déplacer et s'aligner avec une précision extraordinaire. Des capteurs mesurent son positionnement en continu, et le porte-plaquette doit conserver sa précision tout en résistant aux déformations dues aux variations thermiques et aux mouvements à grande vitesse.

Ainsi, en tenant compte de toutes ces étapes (et l'explication ci-dessus reste une simplification excessive), on comprend mieux pourquoi la réplication de l'EUV est si difficile : elle nécessite de reproduire non seulement un design, mais aussi un vaste écosystème de matériaux, de métrologie, de contrôles, d'optique, de systèmes de vide et de fabrication ultra-propre, le tout intégré dans une seule machine.

Pourquoi l'EUV est-elle si difficile à reproduire ?

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Projet Manhattan de lithographie électronique en Chine : mobilisation totale du secteur des semi-conducteurs

Mobilisation totale

Étant donné le rôle crucial des puces de pointe dans la compétitivité en matière d'IA, de robotique avancée et de technologie militaire, comparer le programme national chinois de lithographie EUV au projet Manhattan n'est pas une simple rhétorique ; cela reflète l'ampleur et l'urgence de cet effort.

Premièrement, des sommes massives de capitaux publics et privés semblent avoir été investies dans le vaste effort du secteur des semi-conducteurs. avec au moins 37 milliards d'euros mobilisés, selon certaines sources, début 2025et probablement davantage encore grâce à la recherche universitaire, aux installations industrielles, aux subventions aux fournisseurs essentiels, aux achats garantis et à la demande soutenue par l'État pour les futures puces.

Et peut-être que cela n'aurait pas dû être une surprise totale, avec Un brevet relatif à la technologie EUV de Huawei aurait été déposé en décembre 2022..

Parallèlement, une autre entreprise chinoise, SMIC, Il semblerait qu'ils aient réussi à utiliser d'anciennes machines DUV pour produire des puces de classe 5 nm sans EUV.—illustrant à quel point l’incitation à « se débrouiller » avec des outils limités a été forte.

Un autre concept a également été exploré : génération de lumière EUV via un accélérateur de particules (synchrotron), une orientation évoquée dès 2023 et liée à une publication scientifique de 2022.

Tous ces efforts illustrent l'importance colossale que les institutions et les entreprises chinoises accordent soit à la maîtrise de l'EUV, soit à la construction d'alternatives compétitives sans elle.

Au cœur de ces efforts se trouve Huawei, le géant technologique chinois lourdement sanctionné.

« Huawei a déployé des employés dans ses bureaux, ses usines de fabrication et ses centres de recherche à travers le pays pour cet effort. »

« Les employés affectés aux équipes travaillant sur les semi-conducteurs dorment souvent sur place et n'ont pas le droit de rentrer chez eux pendant la semaine de travail, l'accès au téléphone étant restreint pour les équipes qui traitent des tâches plus sensibles. »

Comment l'acquisition de talents a accéléré le programme EUV de la Chine

Un autre effort pour débloquer la technologie EUV — plus secret — se serait concentré sur l'acquisition de l'expérience et des talents humains qui ont rendu l'EUV possible au départ.

Les ingénieurs les plus qualifiés, dont certains ayant travaillé chez ASML et désormais retraités, étaient les cibles privilégiées des recruteurs. Selon certaines sources, d'autres employés actuels d'ASML auraient également été approchés dès 2020.

« Un ingénieur chinois chevronné d'ASML, recruté pour le projet, a été surpris de constater que sa généreuse prime à la signature était accompagnée d'une carte d'identité délivrée sous un faux nom, selon une personne au fait de son recrutement. »

Une fois à l'intérieur, il a reconnu d'autres anciens collègues d'ASML qui travaillaient également sous de faux noms et on lui a demandé d'utiliser ces faux noms au travail pour préserver le secret.

Ces recrutements s'inscrivaient, semble-t-il, dans un effort plus large visant à attirer les meilleurs talents en Chine, des primes à la signature et des subventions étant proposées il y a plusieurs années aux experts en semi-conducteurs travaillant à l'étranger.

Il semble que des assouplissements de certaines règles nationales, visant à faciliter la tâche de ces experts engagés, aient également eu lieu dans des cas isolés. Par exemple, certains citoyens naturalisés d'autres pays auraient reçu des passeports chinois et auraient été autorisés à conserver la double nationalité, malgré l'interdiction officielle de cette dernière en Chine.

Le fait que nombre de ces ingénieurs soient de nationalité ou d'origine chinoise a peut-être également facilité leur recrutement.

De manière générale, affirmer que la Chine « ne fait que voler des technologies » revient souvent à simplifier à l'excès un écosystème de recherche et d'ingénierie en pleine expansion. Toutefois, dans ce cas précis, le chevauchement avec les secrets commerciaux d'ASML pourrait s'avérer significatif.

« Bien qu’ASML ne puisse ni contrôler ni restreindre le lieu de travail de ses anciens employés, tous les employés sont tenus par les clauses de confidentialité de leurs contrats », a déclaré la société, qui a également indiqué avoir « intenté avec succès des poursuites judiciaires en réponse au vol de secrets commerciaux ».

À l'intérieur du premier prototype de lithographie EUV de Chine

L'embauche d'anciens employés d'ASML, la rétro-ingénierie de pièces EUV et le développement indépendant d'alternatives nationales semblent avoir produit un prototype nettement plus grand que les systèmes EUV typiques d'ASML, de la taille d'un autobus scolaire et pesant 180 tonnes – occupant, semble-t-il, un étage entier d'usine.

Cela pourrait indiquer que le prototype est soit plus gourmand en énergie, soit moins compact, soit moins efficace, soit tout simplement à un stade d'optimisation moins avancé que les modèles de production d'ASML.

La récupération de composants provenant d'anciennes machines ASML, ainsi que le marché de l'occasion pour les pièces détachées des fournisseurs ASML, auraient également pu contribuer à l'assemblage d'un prototype fonctionnel en attendant la montée en puissance de la production nationale ou l'amélioration de la qualité.

Un élément clé qui pourrait encore manquer — et qui est extrêmement difficile à reproduire avec des performances comparables — est l'optique Zeiss. Ce serait l'une des raisons pour lesquelles la machine ne peut pas encore produire de puces au niveau souhaité.

UV à haute densité numérique : le prochain front de la course aux armements des puces

Si le développement de l'EUV a pris des décennies à ASML, l'émergence d'un prototype chinois suggère qu'un rattrapage – au moins en matière de démonstration de systèmes de base – pourrait se faire beaucoup plus rapidement que beaucoup ne le pensaient.

Cela met la pression sur les leaders occidentaux des semi-conducteurs pour qu'ils s'investissent davantage dans la prochaine génération : l'EUV à haute ouverture numérique (NA).

La lithographie EUV à haute ouverture numérique est déjà testée par des entreprises comme Intel. (INTC -1.14%)Cette technologie a été évaluée par Samsung et TSMC. Intel a publiquement annoncé un objectif de production en volume autour de 2028, tandis que TSMC et Samsung semblent plus prudents, réservant la lithographie EUV à haute densité d'anisotropie (High-NA) aux futures générations de puces inférieures à 2 nm plutôt que de précipiter son déploiement à grande échelle.

« Plus l’angle de captation de la lumière par le système optique est grand, plus les détails affichés sont fins. Cela signifie que les systèmes EUV optiques deviennent de plus en plus grands. »

Zeiss à propos de l'EUV à haute ouverture numérique

Les systèmes à ouverture numérique élevée utilisent des éléments optiques encore plus grands, ce qui pourrait conférer à ASML un avantage durable grâce à son partenaire optique Zeiss.

Source: Zeiss

Un miroir pour la lithographie EUV à haute ouverture numérique est environ deux fois plus grand et dix fois plus lourd que les miroirs EUV actuels, ce qui rend le système total encore plus grand, plus lourd et plus complexe.

« Plus de 40 000 pièces du système optique de projection pour la lithographie EUV à haute ouverture numérique pèsent environ douze tonnes afin de garantir une mise au point de haute précision – soit sept fois le volume et le poids de la lithographie EUV classique. »

Quelles conséquences pour les investisseurs ?

À court terme, cela ne devrait pas changer grand-chose. La machine EUV chinoise ne serait qu'un prototype, et on ignore encore quelle proportion de ses composants repose sur des pièces ASML réutilisées ou récupérées, par opposition aux composants entièrement fabriqués en Chine.

Il est toutefois difficile de présumer que la Chine échouera indéfiniment. Avec suffisamment de spécialistes, de financements et de temps, rien ne permet de penser que les institutions chinoises ne puissent pas, à terme, reproduire une grande partie des capacités de l'EUV, d'autant plus que l'écosystème plus large des composants, des matériaux et de la métrologie se développe.

Il convient également d'aborder avec prudence le scepticisme quant à l'incapacité de la Chine à remplacer un composant spécifique, comme les miroirs Zeiss. Des analyses similaires avaient précédemment suggéré un retard de plus de 15 ans pour la Chine, or un prototype a désormais été présenté.

À long terme (5 à 10 ans), la Chine pourrait construire une chaîne d'approvisionnement parallèle de semi-conducteurs indépendante non seulement au niveau de la fonderie, mais aussi au niveau de la fabrication des équipements.

Dans un premier temps, la production nationale de pointe privilégierait probablement la demande intérieure, réduisant ainsi les ventes à la Chine de puces de pointe, d'outils de fabrication et de composants de soutien.

À terme, cela pourrait peser sur le chiffre d'affaires et les marges des fabricants et fournisseurs d'équipements pour semi-conducteurs occidentaux, réduisant ainsi leur capacité à réinvestir aux niveaux antérieurs de R&D.

Plus inquiétant encore pour des entreprises comme ASML et d'autres fabricants d'équipements — et même pour les fonderies —, les puces avancées fabriquées en Chine pourraient à terme concurrencer directement les marchés extérieurs, notamment au sein des réseaux commerciaux en expansion des BRICS et de l'OCS (Organisation de coopération de Shanghai).

Conclusion

L'apparition d'un prototype chinois de lithographie EUV, plusieurs années avant les prévisions, constitue une véritable avancée. Elle laisse penser que les contrôles à l'exportation et les sanctions ne parviendront probablement pas à limiter durablement les capacités technologiques dans un secteur où l'Occident bénéficie depuis longtemps d'un avantage structurel.

Au mieux, les restrictions peuvent retarder les progrès ; au pire, elles peuvent les accélérer en créant un marché intérieur protégé d'environ 1.5 milliard de personnes, bénéficiant d'un soutien étatique important et d'une capacité industrielle solide.

Cela ne signifie pas que la Chine va immédiatement se lancer dans la production de puces de pointe grâce à des outils EUV nationaux. Mais cela signifie que la voie vers cet objectif est désormais plus claire – et probablement plus rapide – que beaucoup ne le pensaient auparavant.

Globalement, cela confirme que la Chine est en train de devenir une grande puissance technologique, et pas seulement la plus grande base manufacturière du monde.

Selon certaines analyses, la Chine est désormais en tête dans une grande partie des domaines scientifiques de pointe., ce qui remet en question le récit simpliste selon lequel le progrès ne se produit que par l'imitation – même si les litiges relatifs aux secrets commerciaux et aux conflits de propriété intellectuelle restent une caractéristique réelle de cette concurrence.

Si la percée chinoise modifie les perspectives à long terme, les investisseurs recherchant une domination immédiate dans le secteur des semi-conducteurs doivent néanmoins se tourner vers le leader actuel du marché.

Société de semi-conducteurs – TSMC

L'ascension de la Chine au rang de puissance technologique est stratégiquement importante, mais pour l'instant, les équipements de fabrication de semi-conducteurs chinois semblent encore en retard – ou seulement en passe d'égaler – les systèmes occidentaux les plus avancés.

Ainsi, dans le secteur de la fonderie, la rigueur des processus, l'apprentissage en matière de rendement et l'expérience opérationnelle resteront probablement des facteurs déterminants au cours de la prochaine décennie.

En définitive, la production de semi-conducteurs repose sur une expertise pointue et la capacité de produire en masse pour réduire les coûts. Aucune entreprise n'a mieux maîtrisé ce modèle que TSMC, le leader taïwanais de la fabrication de puces ultra-avancées.

TSMC produit principalement des puces en silicium, notamment les nœuds 3 nm les plus performants et les futurs nœuds 2 nm. Du fait de la fabrication des puces les plus avancées (et les plus chères), elle capte une part prépondérante du chiffre d'affaires mondial des fonderies.

Source: Éric Flaningam

TSMC développe également ses capacités de production aux États-Unis. notamment grâce à d'importants investissements dans ses usines de fabrication en Arizona.

Avec le développement de la technologie EUV à haute densité numérique déjà en cours, TSMC pourrait garder une longueur d'avance sur ses concurrents chinois tels que SMIC pendant des années, notamment en matière de rendement, de fiabilité et de maturité de la production en grande série.

Et même si elle a dû faire face à une concurrence féroce de la part de Samsung, Intel et d'autres fonderies, TSMC reste bien placée pour défendre son avance face à la concurrence croissante des entreprises chinoises, du moins dans un avenir prévisible.

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