À l'intérieur de la machine qui a sauvé la loi de Moore

La société néerlandaise ASML a dépensé 9 milliards de dollars et 17 ans pour développer un moyen de continuer à fabriquer des puces informatiques plus denses.

Le module supérieur de la machine EUV de nouvelle génération d'ASML a été construit à partir d'une pièce d'aluminium fraisé de 17 tonnes. Christophe Payne

par

• Clive Thompson page d'archives

27 octobre 2021

Patrick Whelan regarde à travers la façade de son costume de lapin de salle blanche pour voir comment les choses se passent.

Devant lui se trouve un morceau de verre brillant, à peu près de la taille d'un four grille-pain, qui est sculpté de tant de sections évidées pour réduire son poids qu'il ressemble à un totem extraterrestre. L'équipe de Whelan le colle à un grand morceau d'aluminium de la taille d'une table basse. Le métal et le verre sont étrangement lisses, ayant été polis pendant des semaines pour éliminer les petites imperfections. Au cours des prochaines 24 heures, au fur et à mesure que la colle se solidifie, les travailleurs surveilleront de manière névrotique la position du verre et du métal pour s'assurer qu'ils fusionnent exactement.

Ceux-ci seront placés ensemble avec une précision de l'ordre du micron, me dit Whelan en désignant l'appareil.

Un technicien à proximité s'inquiète qu'il soit trop près et crie : Sauvegarder!

je ne touche pas ! je ne touche pas ! dit Whelan en riant.

La précision est une affaire sérieuse ici. Je suis à Wilton, dans le Connecticut, dans une salle blanche de la société néerlandaise ASML, qui fabrique la machine de lithographie la plus sophistiquée au monde, un processus crucial utilisé pour créer les transistors, les fils et d'autres composants essentiels des micropuces. Il s'agit d'un appareil convoité, avec des modèles coûtant jusqu'à 180 millions de dollars, qui est utilisé pour créer des fonctionnalités de micropuce aussi minuscules que 13 nanomètres à un rythme rapide. Ce niveau de précision est crucial si vous êtes Intel ou TSMC et que vous souhaitez fabriquer les processeurs informatiques de pointe les plus rapides au monde. La machine finale, assemblée au siège d'ASML aux Pays-Bas, a la taille d'un petit bus et est remplie de 100 000 minuscules mécanismes coordonnés, dont un système qui génère une longueur d'onde spécifique de lumière ultraviolette à haute énergie en projetant des gouttes d'étain en fusion avec un laser 50 000 fois par seconde. Il faut quatre 747 pour en expédier un à un client.

C'est une technologie très difficile - en termes de complexité, elle fait probablement partie de la catégorie du projet Manhattan, déclare Sam Sivakumar, directeur de la lithographie chez Intel.

Ici, à Wilton, le module de verre et de métal que Whelan et son équipe construisent est particulièrement critique. Il portera les motifs nécessaires à la fabrication d'une micropuce, et il fera des allers-retours pendant que la machine le projette avec une lumière ultraviolette extrême (EUV), illuminant différentes parties du motif de la puce. La lumière rebondira ensuite sur une plaquette de silicium de la taille d'une assiette, brûlant le motif en place.

Whelan se dirige vers un moniteur vidéo qui montre l'un de ces engins en verre-métal qui se déplace d'avant en arrière tout en étant testé. Il pèse 30 kilogrammes, mais il se déplace dans un flou.

Cela accélère plus vite qu'un avion de chasse, dit Whelan, sa barbe rase et ses lunettes masquées par son équipement. S'il y a quelque chose qui est lâche, il s'envolera. De plus, dit-il, l'appareil doit s'arrêter à un point de la taille d'un nanomètre - vous avez donc l'une des choses les plus rapides sur terre qui s'installe à peu près au plus petit point de quoi que ce soit.

Cette pince en verre (rectangle noir, centre supérieur) est utilisée pour maintenir les masques, qui contiennent des motifs de puces à transférer sur une plaquette.

CHRISTOPHER PAYNE

Une vue rapprochée de la pince en verre utilisée pour maintenir les masques.

CHRISTOPHER PAYNE

Cette combinaison de vitesse et de précision est essentielle pour suivre la loi de Moore - l'observation selon laquelle le nombre de transistors entassés dans une micropuce double environ tous les deux ans à mesure que les composants deviennent de plus en plus petits, ce qui rend les puces moins chères et plus puissantes. Plus vous serrez les transistors, plus les signaux électriques peuvent circuler rapidement autour de la puce. Depuis les années 60, les fabricants de puces ont rétréci les composants en passant, toutes les décennies environ, à une nouvelle forme de lumière avec une longueur d'onde plus petite. Mais à la fin des années 90, les fabricants étaient bloqués à une lumière de 193 nanomètres et ils débattaient vivement de ce qu'il fallait faire ensuite. La situation devenait de plus en plus désastreuse. Les fabricants de puces ont dû utiliser des conceptions et des techniques de plus en plus complexes pour maintenir la loi de Moore, mais ils ont réussi à gagner encore deux décennies de performances croissantes.

Puis, en 2017, ASML a dévoilé sa machine EUV prête pour la production, qui utilise une lumière d'une longueur d'onde de seulement 13,5 nanomètres. Avec une longueur d'onde aussi courte, les fabricants de puces pourraient emballer les transistors plus densément que jamais auparavant. Les processeurs peuvent traiter les chiffres plus rapidement, utiliser moins d'énergie ou simplement devenir plus petits. Les premières générations de puces dotées de minuscules fonctionnalités EUV sont déjà à l'œuvre pour d'énormes entreprises comme Google et Amazon, améliorant la traduction linguistique, les résultats des moteurs de recherche, la reconnaissance de photos et même l'IA qui, comme GPT-3, parle et écrit avec un étrange humain. qualité. La révolution EUV touche également les consommateurs de tous les jours, puisque les machines d'ASML sont utilisées pour fabriquer des puces pour des produits tels que certains smartphones et Mac Apple, les processeurs AMD et le téléphone Note10+ de Samsung. Au fur et à mesure que les machines EUV deviendront plus courantes, cela augmentera les performances et réduira les demandes d'alimentation sur des appareils de plus en plus quotidiens. La technologie EUV permet également des conceptions plus simples, ce qui permet aux fabricants de puces d'aller plus vite et de produire plus de puces par plaquette, ce qui entraîne des économies de coûts qui peuvent être répercutées sur les consommateurs.

Le succès de la lithographie EUV était loin d'être garanti. La lumière est si diaboliquement difficile à manipuler que pendant des années, les experts ont prédit qu'ASML ne le comprendrait jamais. En fait, les rivaux d'ASML, Canon et Nikon, ont tous deux renoncé à essayer il y a des années. ASML a donc désormais un coin sur le marché : si vous voulez créer les processeurs les plus pointus, il vous faut une de ses machines. ASML n'en fabrique que 55 par an, et ils se vendent rapidement aux géants des puces de l'industrie ; actuellement plus de 100 sont installés.

La loi de Moore est en train de s'effondrer, et sans cette machine, elle a disparu, déclare Wayne Lam, directeur de recherche chez CCS Insight. Vous ne pouvez pas vraiment fabriquer de processeurs de pointe sans EUV.

Il est extrêmement rare qu'une seule entreprise détienne le monopole d'un élément aussi clé de la production de micropuces. Ce qui est encore plus étonnant, c'est la corvée de travail : il a fallu à ASML 9 milliards de dollars de R&D et 17 ans de recherche, une série ininterrompue d'expérimentations, d'ajustements et de percées aha. EUV est maintenant là - ça marche. Mais l'effort et le temps qu'il a fallu pour y arriver - et son entrée tardive sur la scène - soulèvent des questions inévitables. Combien de temps EUV pourra-t-il maintenir la loi de Moore ? Et que va-t-il se passer ensuite ?

ASML utilise ce robot orange, construit par KUKA Robotics, pour déplacer de lourdes pièces de machines EUV sur le sol de la salle blanche.

CHRISTOPHER PAYNE

Lorsque Jos Benschop a rejoint ASML en 1997, il avait fait un long passage avec Phillips et a atterri en plein dans une industrie des puces inquiète pour son avenir. Au fil des décennies, les ingénieurs en fabrication de puces ont maîtrisé l'art de la lithographie. Le concept est simple. Vous concevez les composants d'une puce - ses fils et ses semi-conducteurs - puis les gravez dans une série de masques, un peu comme vous faites un pochoir pour mettre un motif sur un T-shirt. Ensuite, vous placez chaque masque sur une plaquette de silicium et faites briller la lumière à travers (à peu près l'équivalent de la pulvérisation de peinture sur le pochoir). La lumière durcit la réserve, une couche chimique à la surface de la plaquette ; puis d'autres produits chimiques gravent ce motif dans le silicium. Dans les années 60, les fabricants de puces utilisaient la lumière visible pour ce processus, avec une longueur d'onde aussi petite que 400 nanomètres. Ensuite, ils sont passés à la lumière ultraviolette, à 248 nm, et l'ont progressivement réduite à 193 nm, ce que l'on appelle souvent l'UV profond. Chaque changement leur a valu une extension de plusieurs années de la loi de Moore.

Mais à la fin des années 90, ils avaient concentré les UV profonds aussi étroitement qu'ils le pouvaient, et ils ne savaient pas comment réduire la taille. Il semblait qu'une nouvelle source de lumière était nécessaire. À l'époque, ASML était une petite entreprise de 300 personnes qui vendait avec succès ses outils de lithographie UV profond. Mais pour rester pertinents, ils ont réalisé qu'ils auraient besoin de faire de la R&D sérieuse.

Benschop - un cadre grand et anguleux aux manières exubérantes mais ironiques - a été embauché comme premier employé de recherche. Il a commencé à assister à de grandes conférences, organisées deux fois par an, où des penseurs profonds de grandes entreprises de puces et d'agences gouvernementales se caressaient le menton et discutaient de la forme de lumière à utiliser ensuite.

Quel serait le prochain enfant du quartier ? était comment Benschop l'a dit lorsque nous avons parlé sur Zoom l'été dernier. Les experts ont réfléchi à plusieurs options, qui présentaient toutes d'énormes problèmes. Une idée était d'utiliser un spray d'ions pour dessiner des motifs sur des puces ; cela fonctionnerait, mais personne ne savait comment le faire rapidement à grande échelle. Il en va de même pour le tir de faisceaux d'électrons. Certains ont préconisé l'utilisation des rayons X, qui ont une longueur d'onde minuscule, mais ils avaient leurs propres défis. L'idée finale était l'ultraviolet extrême, avec une longueur d'onde pouvant descendre jusqu'à 13,5 nanomètres, assez proche des rayons X. Ça avait l'air bien.

Le problème était que l'EUV nécessiterait une toute nouvelle forme de machine de lithographie. Celles existantes utilisaient des lentilles en verre traditionnelles pour focaliser la lumière sur la plaquette. Mais la lumière EUV est absorbée par le verre ; ça s'arrête net. Si vous vouliez le focaliser, vous devriez développer des miroirs courbes comme ceux utilisés dans les télescopes spatiaux. Pire encore, l'EUV est même absorbé par l'air, vous devez donc faire de l'intérieur de votre machine un vide parfaitement étanche. Et vous auriez besoin de générer de la lumière EUV de manière fiable; personne ne savait comment faire cela.

Intel avait bricolé l'idée, tout comme le département américain de l'Énergie. Mais il s'agissait surtout d'expériences en laboratoire. Pour créer une machine de lithographie de fabrication de puces viable, vous devez développer des techniques fiables qui pourraient fonctionner rapidement et produire des puces en vrac.

Après trois ans de réflexion, en 2000, ASML a décidé de jouer avec l'entreprise et d'essayer de maîtriser EUV. C'était une petite entreprise, mais s'ils pouvaient réussir, ils deviendraient un géant.

Il y avait tellement de problèmes d'ingénierie à résoudre, comme le rappelle Benschop, nous n'avions pas l'élan nécessaire pour le faire nous-mêmes. Les dirigeants d'ASML ont donc commencé à appeler les entreprises qui avaient fabriqué des composants pour leurs machines existantes. Un appel est allé à Zeiss, la société d'optique allemande qui fabriquait depuis des années des lentilles en verre pour ASML.

Les ingénieurs de Zeiss avaient de l'expérience avec EUV, y compris la fabrication de lentilles et de miroirs extrêmement précis pour les télescopes à rayons X. L'astuce consistait à recouvrir la surface des miroirs EUV de couches alternées de silicium et de molybdène, chacune d'une épaisseur de quelques nanomètres seulement. Ensemble, ils produisent un motif qui réfléchit jusqu'à 70 % de la lumière EUV qui le frappe.

Le problème était de savoir comment les polir. La machine finirait par avoir besoin de 11 miroirs pour faire rebondir la lumière EUV et la concentrer sur la puce, un peu comme 11 joueurs de ping-pong faisant rebondir une balle de l'un à l'autre vers une cible. Puisque l'objectif était de graver des composants de puce mesurés en nanomètres, chaque miroir devait être incroyablement lisse. Le moindre défaut égarerait les photons EUV.

À GAUCHE : Cette optique polie fait partie d'un capteur d'énergie qui aide à contrôler l'intensité de la lumière à l'intérieur des machines de lithographie. À DROITE : Vue rapprochée d'une unité de polissage. Les morceaux de verre montrés ici sont placés à des angles pour obtenir le bon biseau.

Ces unités de polissage sont utilisées pour lisser les composants qui entrent dans la machine EUV d'ASML.

Quelques optiques comme celle montrée en haut à gauche sont polies mécaniquement. Un composant peut passer plusieurs semaines dans un processus de polissage en plusieurs étapes, les techniciens vérifiant la douceur jusqu'à une précision nanométrique.

CHRISTOPHER PAYNE

Pour donner une idée de l'échelle, si vous preniez le miroir de votre salle de bain et que vous le faisiez exploser à la taille de l'Allemagne, il aurait des bosses d'environ cinq mètres de haut. Agrandi à la même taille, le miroir EUV le plus lisse que les ingénieurs de Zeiss aient jamais conçu - pour les télescopes spatiaux - n'aurait que des bosses de deux centimètres de haut. Ces miroirs pour ASML devraient être d'un ordre de grandeur plus lisse : s'ils avaient la taille de l'Allemagne, leurs plus grandes imperfections pourraient avoir moins d'un millimètre de haut. Ce sont vraiment les miroirs les plus précis au monde, déclare Peter Kürz, responsable du développement de la prochaine génération d'optiques EUV chez Zeiss.

Une grande partie du travail de Zeiss consisterait à inspecter les miroirs pour rechercher les imperfections, puis à utiliser un faisceau d'ions pour éliminer les molécules individuelles, lissant progressivement la surface au fil des mois et des mois de travail.

Pendant que Zeiss développait les miroirs, Benschop et d'autres fournisseurs d'ASML travaillaient sur leur autre grand défi : comment créer une source de lumière qui produirait un flux constant d'EUV.

Cela les hantera pendant des années.

Pour générer des EUV, vous devez créer un plasma, une phase délicate de la matière qui n'existe qu'à des températures extrêmement élevées. Après les premières expériences zappant le lithium avec des impulsions laser pour produire de la lumière EUV, ils sont passés à l'étain, qui a produit des rafales plus importantes.

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Il a alimenté la prospérité des 50 dernières années. Mais la fin est maintenant en vue.

Au début des années 2000, en collaboration avec la société Cymer de San Diego et la société laser allemande Trumpf, ASML avait construit une sorte d'engin Rube Goldberg. Il y a un récipient chauffé qui maintient l'étain à l'état liquide. Il alimente une buse qui projette une gouttelette d'étain fondu - un tiers du diamètre d'un cheveu humain, explique Danny Brown, vice-président du développement technique de l'entreprise d'origine australienne - dans la partie inférieure de la machine, des systèmes de caméra suivant sa progression. Lorsqu'elle atteint le centre de la chambre de production de lumière, une impulsion laser frappe la gouttelette d'étain. Immolé dans une rafale qui atteint une température d'environ 500 000 K, l'étain produit un plasma qui brille d'une lumière EUV. Le mécanisme répète ce processus, projetant et détruisant des gouttelettes d'étain, 50 000 fois par seconde.

Ce n'est pas simple, disons-le ainsi, dit sèchement Brown.

Bien qu'ils puissent désormais générer de la lumière EUV, Brown et son équipe ont rapidement découvert de nouveaux problèmes. Les ions des explosions d'étain obstrueraient l'optique. Pour nettoyer les choses, ils ont réalisé qu'ils pouvaient pomper de l'hydrogène dans la chambre à lumière, où il réagirait avec les ions d'étain et aiderait à les éliminer.

Mais ils prenaient rapidement du retard. Benschop avait initialement prédit qu'ils auraient des machines EUV en volume d'ici 2006. En réalité, cette année-là, ils n'avaient produit que deux prototypes. Les prototypes ont fonctionné, gravant des motifs plus finement que n'importe quelle machine de lithographie de l'histoire. Mais ils étaient terriblement lents. La source de lumière était encore trop maigre. En lithographie, chaque photon compte ; plus vous pouvez les générer en épaisseur, plus vite vous pouvez placer un motif sur du silicium.

Pendant ce temps, la machine prenait des dimensions incroyablement complexes. Il contenait des bras de robot déplaçant des plaquettes, des moteurs qui accéléraient le réticule - ce gros morceau de verre qui contient le motif - à 32 fois la gravité terrestre, et 100 000 pièces, 3 000 câbles, 40 000 boulons et deux kilomètres de tuyaux. Pire, tout était lié : faire fonctionner une partie, et cela créerait un problème ailleurs. Il s'est avéré, par exemple, que la chaleur de la lumière EUV modifiait au microscope les dimensions des miroirs. Cela a forcé Zeiss et ASML à développer des capteurs qui détecteraient tout changement, déclenchant un logiciel qui déplacerait les positions des miroirs à l'aide d'actionneurs de précision.

Comme nous avons corrigé un problème, nous sommes passés au suivant, dit Benschop. Chaque montagne que vous avez escaladée, vous avez vu la montagne suivante qui était encore plus haute.

De nombreux observateurs de l'industrie des micropuces, voyant ASML prendre du retard encore et encore, ont pensé qu'ils échoueraient.

Ces pompes turbomoléculaires éliminent l'air et d'autres gaz pour produire un vide à l'intérieur de la machine EUV, ce qui est crucial car la lumière EUV est absorbée par l'air. Les pompes tournent à 30 000 tr/min et éliminent les molécules de gaz individuelles, une par une.

CHRISTOPHER PAYNE

Selon C.J. Muse, analyste de l'industrie des semi-conducteurs chez Evercore, 95 % de l'argent intelligent pensaient qu'il n'y avait aucun moyen que l'EUV fonctionne un jour.

Alors qu'ASML s'éloignait de l'EUV, eux et le reste de l'industrie exécutaient des astuces de plus en plus élaborées pour étendre autant que possible les performances de la lumière UV profonde, pour emballer plus de transistors sur des puces. Une technique, appelée immersion, impliquait de mettre une couche d'eau sur la puce, ce qui réfractait la lumière entrante et lui permettait d'être focalisée dans un motif plus serré.

Les ingénieurs en lithographie ont également développé une technique pour modeler et découper une couche de puce plusieurs fois - ce que l'on appelle des motifs multiples - pour produire des détails plus fins. Ensemble, ces approches ont réduit les composants des puces à 20 nanomètres.

Mais ces innovations bizarres ont également rendu l'acte de fabrication de puces beaucoup plus complexe. L'immersion nécessitait de gérer la présence d'eau dans le délicat processus de lithographie, pas une tâche facile. Et les concepteurs de puces ont trouvé difficile de modifier leurs conceptions pour travailler avec plusieurs motifs. Les UV profonds s'essoufflaient et tout le monde le savait.

Au milieu des années 2010, cependant, il a commencé à sembler que l'EUV pourrait enfin venir à la rescousse. Brown et son équipe se sont plongés dans la littérature scientifique, cherchant des moyens de tirer le meilleur parti de chaque gouttelette d'étain. En tant qu'ancien chercheur universitaire ayant étudié la physique des plasmas, il était connu au sein de l'ASML pour avoir soulevé des questions scientifiques pointues ; le CTO lui a donné en plaisantant une plaque portant les mots scientifiquement exacts mais pratiquement inutiles.

Cette fois, cependant, s'imprégner de la littérature scientifique a porté ses fruits. Il a suggéré le concept de frapper deux fois chaque gouttelette d'étain avec le laser. Une première explosion aplatirait la gouttelette en forme de crêpe, ce qui permettrait à une deuxième explosion, des millionièmes de seconde plus tard, de produire beaucoup plus d'EUV. L'équipe de Brown a conçu un moyen de le faire à grande échelle.

D'autres découvertes sont venues par un heureux hasard. Au fur et à mesure que leur capacité à immoler l'étain s'est améliorée, le processus a produit plus de débris que l'hydrogène ne pouvait en nettoyer. Les performances du miroir se dégradaient. Puis un jour, ils ont remarqué quelque chose d'amusant : les rétroviseurs ne se dégradaient pas aussi vite après l'ouverture de la machine pour l'entretien. Il s'est avéré que l'oxygène dans l'air qui entrait a contribué à inverser la contamination. ASML a intégré l'ajout occasionnel de petites quantités d'oxygène dans la conception.

Au milieu de 2017, la société disposait enfin d'une démonstration de travail qui gravait des puces à un rythme adapté à l'industrie - 125 plaquettes par heure. De son bureau à San Diego, Brown a regardé la démo aux Pays-Bas. Il était ravi; il s'était changé en chemise hawaïenne, proclamant qu'il pourrait enfin partir en vacances.

Cette chose était comme zzzt zzzt zzzt zzzt , se souvient-il, imitant la vitesse du réticule qui tourne autour et le bras robotique glissant dans une nouvelle plaquette environ toutes les 30 secondes. C'était le dernier domino à dire en gros: 'Oui, la lithographie EUV va arriver.'

Cette année-là, ASML a finalement commencé à expédier des machines qui révolutionneraient la fabrication de puces. Une fois que le marché a réalisé qu'ASML avait le monopole des outils de pointe, son stock a commencé à monter en flèche, atteignant 549 $ et faisant de la capitalisation boursière de l'entreprise presque la taille d'Intel.

Si vous êtes un réducteur comme moi, la machine est vraiment magnifique à voir — une merveille d'ingénierie. Lorsque j'ai visité Wilton, ils m'ont accompagné pour voir un bloc massif d'aluminium fraisé qui forme la partie supérieure de l'appareil. Il mesure huit pieds de long, six pieds de large et deux pieds d'épaisseur. Brillant comme le châssis d'un vaisseau spatial, il contient le réticule de verre et est également monté dessus d'énormes pompes moléculaires en forme de tonneau. Chaque pompe contient de minuscules pales qui tournent à 30 000 tr/min, aspirant tous les gaz de la machine pour produire un vide à l'intérieur. En fait, ils éliminent les molécules du gaz, une à la fois, m'a dit Whelan.

On pourrait dire que le principal succès d'ASML n'a pas été tant dans la fabrication de machines que dans leur mesure. Lorsque j'ai retiré mon costume de lapin, j'ai visité l'atelier d'usinage, où d'énormes morceaux de verre étaient sculptés pour le réticule. Une fois que chaque morceau de verre est fraisé, il est placé sur des machines qui le lissent progressivement pendant des centaines d'heures sur plusieurs semaines. Comme me l'a dit Guido Capolino, responsable de l'atelier d'usinage, ils mesurent le verre tout du long pour voir combien d'imperfections sont éliminées, en commençant par les microns grossiers. Il désigna une machine à polir derrière nous, où des morceaux de verre tournaient lentement sur une bouillie de mélange de polissage humide.

Cette configuration expérimentale de table à l'usine ASML de San Diego est utilisée pour tester les assemblages de générateurs de gouttelettes, qui font partie de la source lumineuse de la machine EUV.

Les miroirs à l'intérieur de la machine de lithographie peuvent accumuler des débris d'étain provenant de la source lumineuse EUV. Une fois les miroirs nettoyés et polis, cette machine est utilisée pour les examiner.

CHRISTOPHER PAYNE

Nous sommes à des angströms et des nanomètres pour la variabilité ici, a-t-il dit. L'utilisation de verre dans le réticule est cruciale ; il ne se déforme pas autant sous la chaleur que le métal. Mais c'est diablement difficile à sculpter - encore un autre problème que les ingénieurs ont dû résoudre lentement.

Le succès d'ASML avec EUV a valu à l'entreprise un profond respect dans l'industrie des micropuces. Chris Mack, un vétéran de quatre décennies de lithographie sur puce, est actuellement le directeur de la technologie de Fractilia, une entreprise qui fabrique des logiciels pour la fabrication de puces. Il dit que la raison pour laquelle ASML et ses partenaires ont réussi - là où d'autres n'ont même jamais osé essayer - est une persévérance pure et obstinée.

Ils ont épluché l'oignon, m'a-t-il dit. Ils vont, Oh, maintenant j'ai la couche suivante. Et puis ils tirent cette couche. Et puis personne ne sait vraiment si c'est pourri dans le coeur ou si ça va être bon. Ils continuent juste à l'éplucher. Et à leur crédit, ils n'ont jamais abandonné.

Maintenant qu'ils ont la possibilité de continuer à fabriquer des composants de plus en plus petits , de grandes entreprises comme Intel, TSMC et Samsung peuvent construire des puces toujours plus rapides et plus économes en énergie.

Nos concepteurs peuvent pousser un soupir de soulagement, déclare Sam Sivakumar d'Intel. La loi de Moore est vivante.

Au fur et à mesure que de plus en plus de machines EUV seront mises en ligne et que leur coût s'amortira, la technologie se répercutera sur un nombre croissant d'appareils de tous les jours. Le seul endroit qui ne bénéficiera pas de la révolution EUV, du moins à court terme, est la Chine.

Une source lumineuse EUV se trouve dans une baie de test dans une salle blanche ASML.

Craignant que la Chine ne représente une menace technologique, les administrations Trump et Biden ont réussi à faire pression sur les Pays-Bas pour empêcher ASML de vendre des machines EUV à leurs clients.

La Chine peut-elle simplement fabriquer ses propres appareils EUV ? Certains observateurs de l'industrie soupçonnent que ce n'est pas le cas. Le succès d'ASML avec EUV a nécessité une énorme collaboration avec des entreprises basées partout, de l'Allemagne et des États-Unis au Japon (ce qui rend les produits chimiques essentiels aux masques lithographiques). La Chine, étant relativement isolée, a peu de chance à elle seule, selon Will Hunt, analyste au Centre pour la sécurité et les technologies émergentes de l'Université de Georgetown. Cela ne peut pas vraiment combler cet écart, dit-il.

Ce qui est possible, selon d'autres observateurs, c'est qu'il y aura simplement un retard dans la capacité de la Chine à acheter des machines EUV. En règle générale, les fabricants de puces chinois travaillent avec des outils de dernière génération qui sont en retard par rapport à ceux utilisés par TSMC à Taïwan, Samsung en Corée ou Intel aux États-Unis, déclare C.J. Muse. Ainsi, lorsque la première génération de machines EUV d'ASML vieillira un peu - dans quelques années - et que l'industrie passera à des modèles plus récents, la Chine pourrait être autorisée à les acheter.

Et en fait, ASML travaille déjà sur une version améliorée de l'appareil. Il sera capable de focaliser la lumière EUV à un degré encore plus net grâce à ce que l'on appelle une ouverture numérique plus élevée, lui permettant de graver des composants qui pourraient avoir moins de 10 nanomètres de large. Cette machine EUV à haute NA aura des miroirs plus grands, ce qui obligera toute la machine à s'agrandir également. Intel est actuellement le premier client de l'une de ces machines de nouvelle génération et prévoit de vendre ses premières puces construites avec elles d'ici 2025.

ASML et la plupart des observateurs pensent que l'EUV aidera les puces à progresser jusqu'en 2030 au moins, et peut-être plus longtemps. Après tout, certaines des astuces que les concepteurs de puces ont développées pour maintenir les UV profonds pendant si longtemps devraient être reproductibles avec EUV.

Mais à un moment donné au cours de la prochaine décennie, le désir de l'industrie des puces de réduire les fonctionnalités commencera à se heurter à certaines limitations physiques encore plus difficiles que celles qu'ils ont actuellement dépassées. D'une part, des problèmes quantiques commencent à émerger. En effet, ils l'ont déjà fait : les fabricants de puces utilisant les machines EUV d'ASML doivent lutter contre les erreurs stochastiques - les rayons de lumière EUV s'égarent naturellement, produisant des motifs incorrects sur les puces. Ce ne sont pas encore des problèmes spectaculaires, mais ils froncent de plus en plus les petits fabricants de puces.

En supposant qu'une NA élevée maintienne la loi de Moore jusqu'en 2030, qu'est-ce qui prendra alors le relais ? Les experts de l'industrie pensent qu'ASML continuera d'explorer des dispositifs à ouverture numérique encore plus élevée, leur permettant de concentrer l'EUV sur des points de plus en plus petits. Dans le même temps, les concepteurs de puces étudient des stratégies d'amélioration des puces qui ne dépendent pas autant d'une miniaturisation supplémentaire, telles que l'extension des architectures vers le haut et la construction dans la troisième dimension en empilant des couches de puces. Quant à savoir quelle technologie de lithographie pourrait venir après l'EUV, personne ne le sait encore. Sivakumar d'Intel ne spéculerait pas ; Mack a déclaré qu'en dehors de l'EUV à haute NA, rien d'autre n'est en cours de développement intensif.

À l'intérieur de la salle blanche de Wilton, Whelan m'a donné un aperçu de leur machine EUV à haute NA. Il a enroulé une énorme porte de style garage et m'a fait entrer dans une nouvelle salle blanche massive de la taille d'un terrain de football. Dans le coin se trouvait un lit de réticule en aluminium brillant. C'était exactement comme celui que j'avais vu pour la machine EUV d'origine, mais il ne pouvait plus tenir confortablement dans un salon; il était presque aussi gros qu'un wagon de métro et pesait 17 tonnes. Ils ont dû installer des grues dans le toit pour le déplacer.

Donc, a déclaré Whelan, ce sera la machine qui nous aidera à continuer à pousser la loi de Moore dans le futur.

Correction : Une version antérieure de cet article indiquait que plus de 1 000 machines EUV avaient été installées. En réalité, c'est plus de 100.

Clive Thompson est un journaliste scientifique et technologique basé à New York et auteur de Codeurs : la création d'une nouvelle tribu et la refonte du monde.