Informatique
La lithographie Lace remplace la lithographie EUV par des faisceaux d’atomes 10 fois plus petits
La lithographie des semi‑conducteurs est la technologie la plus importante soutenant le monde moderne, constituant la base de la fabrication des puces, de la mémoire, du matériel d’IA et de toutes sortes de composants électroniques. À ce jour, le principe de la lithographie, ou plus précisément de la photolithographie, reste le même que lorsqu’il a été inventé.
Une source lumineuse puissante est émise, concentrée et dirigée, afin de graver un motif sur une plaquette de silicium, créant les transistors et autres composants microscopiques qui rendent l’électronique moderne possible.
Source: Fabricated Knowledge
Bien sûr, il s’agit d’une simplification, le processus de production réel impliquant de nombreuses autres étapes d’ajout et de retrait de matériaux, d’élimination d’impuretés, de stabilisation et d’emballage des produits finis, etc. Mais néanmoins, la photolithographie reste souvent l’étape la plus cruciale.
Cela est parfaitement illustré par la forme la plus avancée de lithographie, la lithographie EUV (Extrême Ultraviolet), qui utilise des rayons UV à haute puissance pour graver le plus finement possible la plaquette de silicium. Cette technologie est presque entièrement contrôlée par une seule entreprise, la néerlandaise ASML (ASML ) (voir notre rapport d’investissement sur l’entreprise pour plus d’informations), bien que la Chine s’efforce activement de développer sa propre version indépendante de cette technologie.
« Les puces font tourner le monde. Et leur fabrication devient de plus en plus difficile. Les machines de lithographie les plus avancées aujourd’hui coûtent plus de 380 millions d’euros chacune, la prochaine génération devrait dépasser 700 millions d’euros. Elles sont extraordinairement complexes, énergivores, et proviennent d’un seul fournisseur.
Jusqu’à présent, la lithographie a surtout progressé grâce à une source lumineuse de plus en plus précise et puissante, passant à des longueurs d’onde plus énergétiques et à des systèmes de contrôle plus complexes.
Ce processus pourrait toutefois bientôt atteindre une limite, car aucune photolithographie ne peut être plus précise que la taille de la longueur d’onde de la lumière qu’elle utilise.
Source: Allresist
C’est pourquoi des équipes de chercheurs du monde entier travaillent sur des alternatives capables de créer des composants informatiques encore plus raffinés et puissants, surtout à l’ère de l’IA qui exige une capacité de calcul toujours plus grande.
Une de ces alternatives pourrait consister à utiliser directement des atomes individuels au lieu de la lumière, une approche défendue par la société norvégienne Lace Lithography. La société a levé en mars 2026 40 M$ lors d’un financement de série A, et est soutenue par Microsoft.
De la lumière aux atomes
La loi de Moore atteint ses limites dures
La photolithographie peut être extrêmement précise, gravant la plaquette de silicium ciblée à l’échelle du nanomètre. Cependant, pour des raisons fondamentales de physique, aucune lumière ne peut être plus précise que ses propres longueurs d’onde.
Source: ResearchGate
Ainsi, même si une lumière EUV de plus en plus puissante peut aider, elle finira par rencontrer une contrainte de limite dure imposée par la physique, peut‑être dès 10 ans. Cela compromettrait la loi de Moore, la tendance empirique de l’industrie des semi‑conducteurs à doubler la densité des transistors tous les deux ans.
« Le résultat est un goulet d’étranglement de production au cœur de l’économie mondiale, apparaissant exactement au moment où l’IA entraîne une hausse sans précédent de la demande de calcul. L’industrie savait que cela arriverait, mais personne n’avait auparavant de réponse crédible. »
Gravure avec des atomes
La limite de diffraction provient de la nature ondulatoire de la lumière. Mais les atomes individuels ne sont pas soumis à cette limite. Ou, plus précisément, ils peuvent se comporter comme des ondes, comme tout objet à l’échelle quantique, mais avec une longueur d’onde extrêmement plus petite que celle de la lumière.
« Les atomes se comportent comme des ondes, mais avec des longueurs d’onde beaucoup plus courtes, permettant des structures nettement plus fines, des puces plus puissantes et une consommation d’énergie radicalement moindre. »
En suivant ce principe, Lace Lithography développe une méthode qui réalise la lithographie en utilisant un faisceau d’atomes d’hélium au lieu de la lumière.
Le faisceau que Lace Lithography utilisera pour fabriquer des puces a une largeur d’environ la taille d’un atome d’hydrogène, soit 0,1 nanomètre. À titre de comparaison, les outils de lithographie d’ASML utilisent un faisceau lumineux d’environ 13,5 nanomètres, et un cheveu humain mesure environ 100 000 nanomètres de largeur.
Bien sûr, il ne s’agit pas d’une idée nouvelle, le concept étant envisagé depuis des décennies en raison des avantages de précision inhérents que les atomes offriraient par rapport à la lumière, surtout compte tenu de la difficulté à créer et diriger une lumière comme l’EUV, qui est produite en surchauffant des milliers de minuscules gouttelettes d’étain chaque seconde.
Le problème principal était la création d’un tel masque. Les photomasques traditionnels sont fabriqués à partir de substrats de quartz ou de verre recouverts d’un film opaque sur lequel le motif du dispositif à fabriquer est gravé. Ce film constitue essentiellement le modèle des puces qui seront gravées sur la plaquette de silicium, bien qu’il soit miniaturisé à une échelle bien plus petite lors du processus de gravure.
Pour créer un masque fonctionnant avec des atomes, les mathématiques du problème étaient considérées jusqu’à présent comme trop complexes pour concevoir un masque de lithographie à faisceau d’atomes.
C’est désormais un problème que Lace Lithography affirme avoir résolu.
Lithographie Lace
Aperçu de la lithographie Lace
L’entreprise a été lancée en 2023 et vise à « développer une technologie de gravure de puces révolutionnaire pour les 100 prochaines années de production de puces ».
Elle a été fondée par Bodil Holst, physicienne dano‑norvégienne et professeure affiliée au Département de physique et de technologie de l’Université de Bergen en Norvège, avec Adria Salvador Palau, son ancienne doctorante.
L’entreprise possède des installations en Norvège, en Espagne et aux Pays‑Bas, son siège étant à Bergen, en Norvège.
Pour résoudre le problème de création de masques pour la lithographie à faisceau, l’équipe a exploité l’IA afin de résoudre les mathématiques jusque‑là insolubles. Cela illustre comment l’IA pourrait non seulement changer la façon dont nous exécutons certaines tâches, mais aussi débloquer de nouvelles possibilités dans les sciences dures et l’ingénierie.
« Le problème difficile restant était la conception du masque : les mathématiques impliquées étaient jugées effectivement intraitables. Lace l’a résolu avec un algorithme propriétaire piloté par l’IA qui accélère le calcul de plus de 15 ordres de grandeur. Ce n’est pas une amélioration incrémentale. C’est un changement de catégorie. »
En théorie, cette technologie pourrait permettre de graver des structures 10 fois plus petites que même la lithographie basée sur la lumière la plus avancée.
L’entreprise a présenté la science derrière sa réalisation lors de la conférence scientifique Advanced Lithography + Patterning à San Jose, Californie, organisée par SPIE.
Dans le résumé de cette présentation, il est expliqué que « l’avantage fondamental d’utiliser des atomes métastables pour la lithographie est que la résolution du motif est découplée de l’énergie du motif ». Cela signifie que le faisceau d’atomes peut être plus ou moins puissant à la demande, contrairement à la lumière qui nécessite des longueurs d’onde de plus en plus petites pour des niveaux d’énergie supérieurs.
« Nous démontrons deux modes d’exposition différents : proximité et diffraction. Pour la proximité, nous présentons des motifs de trous jusqu’à 50 nm de diamètre à un demi‑pas de 100 nm. Pour la diffraction, nous présentons un motif de lignes régulières avec un demi‑pas de 50 nm. »
La technologie de masque peut être mise à l’échelle de la taille actuelle des plaquettes de silicium utilisées par l’industrie, et pourrait même être étendue davantage.
« De plus, nous présentons les premiers conceptions de masques de diffraction basés sur l’ILT (Inverse Lithography Technology) pilotés par l’IA pour les atomes. Nous montrons que les conceptions de masques peuvent produire des motifs arbitraires avec une limite de résolution théorique allant jusqu’à l’espacement atomique du silicium. Les simulations de conception de masques peuvent être mises à l’échelle de la taille de champ complet actuelle et au‑delà. »
En plus d’Atomico, l’entreprise a reçu des financements du bras de capital‑risque de Microsoft, M12, de Linse Capital, de la Société espagnole pour la transformation technologique et de Nysnø. La valorisation totale de Lace Lithography n’a pas été divulguée.
Se préparer à la commercialisation
Bien sûr, il y a un intervalle de temps entre la révélation d’une percée scientifique et un prototype, et l’utilisation à grande échelle d’une technologie.
Cependant, Lace Lithography sera probablement, relativement parlant, facile à intégrer dans les fonderies de semi‑conducteurs. Elle remplace la source lumineuse EUV par le faisceau d’hélium et le photomasque traditionnel par le masque de faisceau conçu par IA. Il n’est donc pas nécessaire de redessiner la chaîne d’assemblage ou la plupart de la chaîne d’approvisionnement déjà au service de l’industrie de la fabrication de semi‑conducteurs.
Déjà armée d’un prototype, l’entreprise envisage de tester son premier outil de grade commercial dans une usine pilote de fabrication de puces (« fab ») aux alentours de 2029.
Investir dans la lithographie à faisceau d’atomes
Microsoft
(MSFT )
Cette technologie est encore extrêmement nouvelle, et il est probable qu’aucune puce commerciale réelle ne sera produite avec elle avant 2030, et aucune déploiement de masse avant 2035 au mieux.
Cependant, cela pourrait être un changement de jeu à long terme, éliminant le joueur dominant, ASML, de sa position monopolistique en lithographie. Comme ASML est actuellement évaluée à 450 milliards de dollars, même une petite participation dans Lace Lithography pourrait rapporter massivement à l’avenir.
Comme la plupart des investisseurs ne peuvent pas investir directement dans une start‑up aussi précoce, s’exposer à l’action Microsoft est probablement la deuxième meilleure option.
Le géant des systèmes d’exploitation et des logiciels mise également beaucoup sur les technologies innovantes, l’IA, en particulier l’IA appliquée aux usages B2B et à la recherche scientifique, étant un axe clé de l’entreprise. Au cours de la dernière décennie, Microsoft est également devenue une société qui repousse les limites de certaines des technologies les plus prometteuses et prend plus de risques que par le passé :
- Puces de calcul quantique, inventant un tout nouvel état de la matière (topoconducteurs).
- Fusion nucléaire, avec un réacteur qui sera livré à Microsoft par Helion Energy dès 2028.
- Redémarrage précoce de centrales nucléaires pour alimenter les centres de données IA.
- IA scientifiques pour les sciences des matériaux, la chimie et la biologie.
- IA B2B et IA sur PC (Copilot)
En plus de ces activités, l’entreprise est leader dans les logiciels d’exploitation, les logiciels B2B (Office), le réseau social B2B (LinkedIn), le développement de jeux vidéo, les consoles de jeu (Xbox), le cloud computing et le développement d’IA.
Cela signifie que, bien que la lithographie à faisceau d’atomes ne soit probablement pas susceptible d’ajouter à elle seule un autre trillion à la capitalisation boursière déjà massive de Microsoft, c’est l’un des domaines très prometteurs dans lesquels la société a investi tôt. Ainsi, l’action pourrait offrir une hausse grâce à une innovation « moonshot » perturbatrice tout en offrant une exposition aux activités de base plus stables et prévisibles de l’entreprise.
(Vous pouvez en savoir plus sur les activités de Microsoft dans leur ensemble dans notre rapport d’investissement dédié à la société.)
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