Les systèmes optiques traditionnels, comme les caméras et les télescopes, alignent les éléments optiques de manière axiale, ce qui n'est pas adapté à la lumière EUV en raison de sa longueur d'onde extrêmement courte et de son taux d'absorption élevé. Au lieu de cela, la lumière EUV est guidée à l'aide de miroirs en forme de croissant, mais cela provoque une déviation de la lumière par rapport à l'axe central, ce qui réduit les performances optiques.

Pour résoudre ce problème, la nouvelle technologie dispose deux miroirs axisymétriques dotés de petites ouvertures centrales dans une configuration linéaire. La lumière EUV perd environ 40 % de son énergie à chaque réflexion du miroir, de sorte que les systèmes traditionnels nécessitent environ 10 miroirs, avec seulement environ 1 % de l'énergie EUV atteignant la plaquette. En limitant le nombre de miroirs à quatre, le nouveau système permet à plus de 10 % de l'énergie d'atteindre la plaquette, réduisant ainsi considérablement la consommation d'énergie.

Le projecteur principal de la nouvelle technologie EUV utilise deux miroirs pour transférer l’image du masque sur la plaquette, à la manière d’un télescope. Cette configuration simple, comparée aux six miroirs requis dans les systèmes traditionnels, a été obtenue en repensant la théorie de correction des aberrations optiques, et ses performances ont été validées par un logiciel de simulation optique. L’équipe a également développé une nouvelle méthode optique d’éclairage à « double champ de ligne », permettant de diriger la lumière EUV sur le masque plan sans perturber le trajet optique.

Observation de la valeur technique

Les machines de photolithographie, également appelées aligneurs de masques, systèmes d'exposition ou systèmes de lithographie, sont essentielles pour la fabrication de semi-conducteurs. Elles utilisent un processus similaire au développement photo pour transférer des motifs complexes des masques sur des plaquettes de silicium. Ces machines sont essentielles dans l'industrie des semi-conducteurs, car la photolithographie détermine la largeur des lignes de semi-conducteurs et a un impact sur les performances des puces et la consommation d'énergie. L'amont de l'industrie des machines de photolithographie comprend les composants de base et les installations de soutien, tandis que l'aval se concentre sur la fabrication et le conditionnement de semi-conducteurs et de circuits intégrés.

Un professeur d'université japonais a conçu une technologie de lithographie dans l'ultraviolet extrême (EUV) qui surpasse les normes actuelles de fabrication de semi-conducteurs, réduisant ainsi considérablement les coûts de production. Cette technologie se positionne dans le segment amont de la chaîne industrielle des machines de photolithographie.

Observation macroéconomique du marché

Les machines de photolithographie, également appelées aligneurs de masques, systèmes d'exposition ou systèmes de lithographie, sont essentielles à la fabrication de puces et au développement de résines photosensibles avancées. Selon les informations de Crystal Clear Materials sur la R&D en résines photosensibles haut de gamme, les coûts d'équipement et d'installation représentent 69 % de l'investissement total, les machines de photolithographie représentant 44 % de ces dépenses d'équipement et d'installation.

Apparition des machines de lithographie EUV

Au cours de la dernière décennie, la technologie de photolithographie a évolué, des premiers systèmes G-line (436 nm) aux dernières machines de lithographie dans l'ultraviolet extrême (EUV). Cette évolution est passée du contact à la proximité, puis aux systèmes pas à pas et répétition. Les machines de lithographie EUV, outils essentiels pour la production de puces, sont au cœur de la fabrication de circuits intégrés avancés. Elles sont cruciales pour produire des puces avec des tailles de plaquettes inférieures à 5 nanomètres, qui ne peuvent être fabriquées qu'à l'aide de la technologie EUV.

Ventes mondiales de machines de lithographie

Le marché mondial des machines de lithographie est très concentré, les trois principaux fabricants détenant plus de 90 % des parts de marché. De 2015 à 2020, les ventes mondiales de machines de lithographie ont globalement augmenté, atteignant 413 unités en 2020, soit une augmentation de 16.7 % par rapport à l'année précédente.

Evolution et ventes des machines de lithographie

Les machines de lithographie ont évolué des lignes G et I aux technologies KrF, ArF et désormais EUV. En 2020, les ventes mondiales ont été dominées par les produits milieu et bas de gamme (KrF, I-Line), totalisant 264 unités et représentant environ 65 % du marché. Les machines EUV haut de gamme ont été vendues à 31 unités, soit environ 19 % du total.

ASML est leader sur le marché mondial des machines de lithographie

En 2020, la société néerlandaise ASML était leader du marché mondial des machines de lithographie avec une part de 62 % et 258 unités expédiées, surpassant Nikon et Canon.

EPrix ​​des machines de lithographie UV

En raison de leurs barrières technologiques, les machines de lithographie EUV sont évaluées à environ 150 millions d'euros chacune. ASML est actuellement la seule entreprise capable de les produire. Depuis 2018, le prix des machines EUV d'ASML n'a cessé d'augmenter, atteignant environ 154 millions d'euros l'unité au 4 juillet 2021, soit l'équivalent de 11.7 milliards de yens (au taux de change de 1 EUR = 7.6 RMB).