Photolithographie et EUV expliqués : comment sont fabriquées les puces les plus petites du monde
Chaque puce informatique moderne commence par de la lumière. La photolithographie est le procédé par lequel des motifs sont exposés sur des disques de silicium — et la lithographie EUV pousse cette technique aux limites du physiquement possible, avec des longueurs d'onde de seulement 13,5 nanomètres.
Points clés
- La photolithographie utilise la lumière pour « imprimer » des motifs de circuits sur une plaquette de silicium (wafer) recouverte d'un matériau photosensible ; la longueur d'onde de la lumière détermine la taille minimale de ces motifs.
- La lithographie en ultraviolets extrêmes (EUV) fonctionne avec une longueur d'onde de 13,5 nanomètres — bien plus courte que les sources lumineuses utilisées précédemment — rendant ainsi possibles des transistors à l'échelle de quelques nanomètres.
- ASML est, à partir de 2025, le seul producteur et vendeur de systèmes EUV pour la production de puces, ciblant les nœuds de procédé 5 nm et 3 nm.
- En décembre 2025, Reuters a rapporté que la Chine avait développé son propre prototype EUV ; des puces fonctionnelles issues de ce prototype sont attendues entre 2028 et 2030.
La lumière comme outil pour les motifs les plus petits du monde
La photolithographie est le procédé de fabrication le plus utilisé pour les circuits intégrés — les puces telles que les mémoires et les microprocesseurs. Le principe : une couche photosensible (photorésist) est déposée sur une plaquette de silicium (wafer), puis la lumière traverse un masque (photomasque) portant le motif souhaité. Les zones exposées subissent une transformation chimique et sont ensuite retirées ou remplies par gravure ou d'autres techniques. C'est ainsi que se forme, couche après couche, un circuit électrique. Pour les puces complexes, la plaquette peut traverser ce processus jusqu'à 50 fois.
La longueur d'onde de la lumière utilisée est la variable cruciale : plus l'onde est courte, plus les lignes gravées sur la puce peuvent être fines, et plus le nombre de transistors pouvant tenir sur une même surface est élevé.
La lithographie EUV est la dernière étape de cette évolution. Au lieu de lumière visible ou d'ultraviolets conventionnels, l'EUV utilise une lumière d'une longueur d'onde de 13,5 nm — générée en tirant des faisceaux laser sur des gouttelettes d'étain liquide, ce qui crée un plasma émettant un rayonnement EUV. Comme la lumière EUV est absorbée par le verre et l'air, le système fonctionne sous vide et utilise des miroirs plutôt que des lentilles.
Qu'est-ce que cela signifie pour le BeNeLux ?
L'entreprise néerlandaise ASML est, à partir de 2025, le seul producteur et vendeur de machines EUV pour la production de puces dans le monde. Cette position de monopole fait d'ASML — et donc des Pays-Bas — un acteur pivot de l'industrie mondiale des semi-conducteurs. Les contrôles néerlandais à l'exportation déterminent en partie quels pays ont accès à cette technologie.
De la lumière visible à 13,5 nanomètres : une ligne historique
Dans les années soixante, les circuits intégrés étaient encore exposés à la lumière visible, avec des longueurs d'onde allant jusqu'à 435 nm (lampe à vapeur de mercure, raie G). S'ensuivit la lumière ultraviolette à 365 nm (raie I), puis l'ultraviolet profond avec des lasers à excimères : d'abord 248 nm (fluorure de krypton), puis 193 nm (fluorure d'argon). Chaque passage à des longueurs d'onde plus courtes a permis des structures plus petites.
L'idée de l'EUV fut évoquée pour la première fois au milieu des années quatre-vingt par l'ingénieur Hiroo Kinoshita, travaillant chez Nippon Telegraph and Telephone (NTT) au Japon. Il a présenté les premières images EUV lors d'une réunion de la Japan Society of Applied Physics en 1986. En 1991, des scientifiques des Bell Labs ont publié un article sur la possibilité d'une lithographie par projection en rayons X mous à 13,8 nm.
Dans les années quatre-vingt-dix, les laboratoires nationaux américains Lawrence Livermore, Lawrence Berkeley et Sandia ont financé des recherches fondamentales sur les obstacles techniques. Cela a abouti à un partenariat public-privé, l'Extreme Ultraviolet Limited Liability Company (EUV LLC), pour lequel Intel, Canon, Nikon, ASML et Silicon Valley Group (SVG) ont demandé des licences. En 2001, ASML a acquis SVG, ce qui a renforcé sa position dans la technologie.
Parallèlement, le développement de l'EUV s'est poursuivi au Japon via les programmes ASET et EUVA.
Comment fonctionne un scanner EUV
Un système EUV génère de la lumière en tirant des faisceaux laser sur des gouttelettes d'étain liquide. Le plasma ainsi créé émet un rayonnement EUV à environ 13,5 nm. Comme cette lumière est absorbée par toute matière — y compris l'air et le verre — l'intégralité du trajet optique se déroule sous vide. Des miroirs, et non des lentilles, guident la lumière.
Les miroirs d'un scanner EUV sont constitués de plusieurs couches de verre à base de silicium et de molybdène, qui réfléchissent le rayonnement EUV. La lumière atteint la plaquette recouverte de photorésist via un masque réfléchissant. Le photorésist exposé réagit chimiquement ; les électrons secondaires libérés lors de cette réaction amplifient cette réaction, mais génèrent également un certain bruit qui limite la résolution.
ASML a collaboré pour l'optique avec le fabricant allemand Zeiss et le fournisseur de technologie lumineuse Oxford Instruments. Le premier prototype EUV d'ASML en 2006 produisait une plaquette en 23 heures ; en 2022, un scanner pouvait produire jusqu'à 200 plaquettes par heure.
En 2018, ASML a réussi à mettre en œuvre opérationnellement la technologie issue du fonds de propriété intellectuelle EUV LLC, en partie grâce au programme EUCLIDES financé par l'Europe. MIT Technology Review a décrit la machine comme « the machine that saved Moore's law » — une référence à la tendance à long terme selon laquelle le nombre de transistors sur une puce double régulièrement.
ASML : seul fournisseur, position clé mondiale
À partir de 2025, ASML est le seul producteur à vendre des systèmes EUV pour la production de puces. Les machines ciblent les nœuds de procédé 5 nm et 3 nm — les désignations techniques pour la densité des transistors sur une puce. En 2021, ASML a enregistré un chiffre d'affaires record de 27,4 milliards d'euros, laissant loin derrière ses concurrents Canon et Nikon — qui n'ont pas eu accès à la propriété intellectuelle de l'EUV LLC.
L'importance stratégique de cette position de monopole a conduit les États-Unis à faire pression sur les autorités néerlandaises pour restreindre la vente de machines EUV à la Chine. ASML respecte les directives des contrôles néerlandais à l'exportation et n'a pas, jusqu'à nouvel ordre, l'autorisation d'expédier les machines vers la Chine.
La Chine investit entre-temps massivement dans son propre projet EUV. Des entreprises comme Huawei et SMEE ont déposé des brevets pour des approches EUV alternatives. En décembre 2025, Reuters a rapporté que la Chine avait secrètement achevé un prototype EUV à Shenzhen ; des puces fonctionnelles basées sur ce prototype sont attendues entre 2028 et 2030.
L'EUV aux côtés d'autres techniques
L'EUV n'est pas un remplacement de la photolithographie, mais une variante de celle-ci. La photolithographie englobe plusieurs sous-classes : ultraviolet, ultraviolet profond, EUV et lithographie par rayons X. En parallèle de l'EUV, le « multiple patterning » est également utilisé — une technique combinant plusieurs étapes d'exposition pour réaliser des structures plus petites. L'EUV et le multiple patterning ensemble ont ouvert la voie à des densités de transistors plus élevées.
La photolithographie est en concurrence, à plus large échelle, avec d'autres techniques de microstructuration alternatives telles que la lithographie par faisceau d'électrons, le nano-imprint et le directed self-assembly, mais reste la méthode dominante pour la production en masse de circuits intégrés en raison de sa vitesse, de sa précision et de son coût relativement faible par plaquette.
Questions fréquentes
- Qu'est-ce que la photolithographie ?
- La photolithographie est un procédé de fabrication dans lequel de la lumière traverse un masque portant un motif de circuit et est projetée sur une plaquette de silicium recouverte de photorésist. Les zones exposées se transforment chimiquement et sont traitées par gravure ou d'autres procédés, de sorte qu'un circuit intégré se forme couche après couche. C'est la méthode la plus utilisée pour la production de puces telles que les mémoires et les microprocesseurs.
- Pourquoi la longueur d'onde de la lumière est-elle si importante dans la production de puces ?
- La longueur d'onde détermine la taille minimale des motifs pouvant être appliqués sur une puce. Une longueur d'onde plus courte permet des lignes plus fines et donc des transistors plus petits. Le passage de la lumière visible (435 nm) à l'ultraviolet (365 nm), puis à l'ultraviolet profond (248 nm, 193 nm) et enfin à l'EUV (13,5 nm) a permis des structures de puces de plus en plus petites.
- Comment une machine EUV génère-t-elle sa lumière ?
- Un système EUV tire des faisceaux laser sur des gouttelettes d'étain liquide. Le plasma ainsi créé émet un rayonnement EUV d'une longueur d'onde d'environ 13,5 nm. Comme cette lumière est absorbée par l'air et le verre, le système fonctionne entièrement sous vide et utilise des miroirs — et non des lentilles — pour guider la lumière.
- Quel est le rôle d'ASML ?
- ASML est, à partir de 2025, le seul producteur et vendeur de systèmes EUV pour la production de puces. Les machines ciblent les nœuds de procédé 5 nm et 3 nm. ASML s'appuie sur des décennies de recherche, notamment via le partenariat EUV LLC, et collabore pour l'optique avec Zeiss et Oxford Instruments.
- La Chine a-t-elle également accès à la technologie EUV ?
- Non, ASML n'est pas autorisé, conformément aux contrôles néerlandais à l'exportation, à expédier ses machines EUV vers la Chine. La Chine investit dans son propre projet EUV ; Reuters a rapporté en décembre 2025 que la Chine avait achevé un prototype à Shenzhen. Des puces fonctionnelles basées sur ce prototype sont attendues entre 2028 et 2030.