Les machines qui fabriquent les puces les plus avancées au monde sont devenues l’un des éléments les plus délicats de l’économie technologique. Elles ne s’entraînent pas pour des modèles d’intelligence artificielle, n’apparaissent pas dans les centres de données ni n’atteignent directement le consommateur final. Pourtant, sans elles, il n’y aurait pas de processeurs alimentant les smartphones, GPU, serveurs, voitures connectées ou accélérateurs d’IA. Au cœur de cette chaîne se trouve ASML, l’entreprise néerlandaise qui domine la lithographie EUV et qui dessine déjà sa feuille de route jusqu’à la prochaine décennie.

La présentation d’ASML lors de SPIE 2026 illustre bien l’état actuel de l’industrie : les outils EUV à faible ouverture numérique continueront d’évoluer durant plusieurs années, les systèmes High-NA commencent à entrer en production précoce, et le concept Hyper-NA apparaît comme une possibilité au-delà de 2030. La transition ne sera pas nette ni rapide. Il est plus probable qu’une coexistence prolongée entre DUV, Low-NA EUV et High-NA EUV se maintienne, chaque technologie étant réservée aux couches où elle offre le meilleur rapport coût/rendement/complexité.

Le DUV reste la base silencieuse de la fabrication

Les médias ont tendance à se concentrer sur l’EUV, mais la lithographie DUV par immersion demeure essentielle à la fabrication en volume des puces. Même sur des nœuds avancés, de nombreuses couches du circuit n’ont pas besoin des machines les plus coûteuses ni des expositions les plus fines. Elles sont imprimées avec des systèmes DUV, plus matures, plus nombreux et disposant d’une économie de production éprouvée par les fabricants.

En 2025, ASML a clôturé l’année avec un chiffre d’affaires de 32,7 milliards d’euros, une marge brute de 52,8 % et un bénéfice net de 9,6 milliards d’euros. Sur cette même année, l’entreprise a enregistré la vente de 48 systèmes EUV et 279 systèmes DUV, dont une part significative concernait la lithographie par immersion. Elle a également terminé l’exercice avec un carnet de commandes de 38,8 milliards d’euros, reflet de la demande croissante de puces d’IA ainsi que de la pression des fabricants pour augmenter leur capacité sur des nœuds avancés et en mémoire.

La lithographie DUV par immersion ne disparaît pas car elle reste utile et rentable. Sur des nœuds matures, elle supporte une grande partie de la production automobile, industrielle, de l’électronique grand public et des capteurs. Sur des nœuds plus avancés, elle peut être combinée avec l’EUV pour certaines couches moins critiques ou même multipatronée, bien que cette technique ajoute des étapes, des masques, du temps de cycle et un risque accru de défauts. C’est là que l’EUV trouve tout son sens : elle permet non seulement d’imprimer des motifs plus petits, mais aussi de simplifier des processus autrement trop longs ou coûteux avec le DUV.

La Chine a été l’un des principaux acheteurs de systèmes DUV ces dernières années, en partie en raison de l’impossibilité d’accéder à l’EUV et du durcissement des contrôles à l’exportation. Depuis septembre 2024, les Pays-Bas exigent une licence pour exporter vers certains pays les systèmes TWINSCAN NXT :1970i et 1980i, une restriction qui s’ajoute à celles existantes pour les modèles DUV plus avancés et pour l’EUV. Cela a renforcé la valeur stratégique des outils DUV : ils ne représentent pas la frontière la plus avancée, mais restent une voie pour produire des puces compétitives, même si cela implique plus d’étapes et une moindre efficacité.

Low-NA EUV possède encore un potentiel considérable

La lithographie EUV actuelle à faible ouverture numérique, ou Low-NA, fonctionne avec une NA de 0,33 et une longueur d’onde de 13,5 nm. C’est cette technologie qui a permis de stabiliser les nœuds de 5 nm, 3 nm, et une partie de la transition vers le 2 nm. Selon le rapport annuel d’ASML, cette société est le seul fabricant mondial de systèmes EUV, ce qui lui confère une influence considérable sur les calendriers de TSMC, Intel, Samsung, SK hynix et autres acteurs de l’industrie.

La feuille de route d’ASML montre que le Low-NA ne disparaîtra pas de sitôt. Le NXE:3600D, par exemple, est associé à la génération 3 nm et à la mémoire 1B, tandis que le NXE:3800E, avec une productivité supérieure à 220 wafers par heure, se positionne en transition vers le 2 nm et la mémoire 1C. Les résultats du premier trimestre 2026 indiquent qu’ASML a déjà déployé une mise à niveau pour le NXE:3800E, augmentant la productivité à 230 wafers par heure tout en conservant des performances d’alignement similaires.

Prévues pour 2027-2028, puis 2029-2031 et enfin 2031-2033, les futures versions comme le NXE:3800F, le NXE:4200G et le NXE:4200H visent à améliorer la productivité et la précision. À terme, la plateforme NXE:4600 ambitionne une productivité d’au moins 400 wafers par heure, voire plus.

Cette prolongation s’explique par le fait que Low-NA reste une solution très utile si elle est couplée à des logiciels, la métrologie, et la lithographie computationnelle. Les techniques de correction optique, l’optimisation des masques et le contrôle des processus permettent d’optimiser ces systèmes sans changer radicalement toute l’infrastructure. TSMC, par exemple, adopte une stratégie favorisant ce type de solution pour ses Nouvelles Générations A16 et A14, en restant fidèle à Low-NA EUV jusqu’à ce qu’une véritable avancée technique et économique justifie l’adoption du High-NA.

Ce positionnement ne signifie pas que TSMC abandonnera le High-NA définitivement. Il indique simplement que, pour le plus grand fabricant sous contrat au monde, le rapport coût-efficacité n’est pas encore suffisant. Si le multipatronage avec Low-NA peut atteindre des résultats satisfaisants, le High-NA devra justifier son coût, sa taille et ses modifications d’usine.

High-NA prend le devant, mais ne remplace pas tout

High-NA EUV est la grande avancée optique d’ASML. En passant d’une NA de 0,33 à 0,55, la résolution s’améliore jusqu’à environ 8 nm. Elle permet d’imprimer en une seule exposition des caractéristiques qui, avec le Low-NA, nécessiteraient un double patronage. ASML présente le EXE:5200B comme un système conçu pour la production de nœuds logiques sous 2 nm et de DRAM avancée. Selon la société, il offre 40 % de contraste en plus que les systèmes NXE, permettant d’imprimer des motifs 1,7 fois plus petits, avec une densité transistor 2,9 fois supérieure en une seule étape.

Ce système n’est pas une simple mise à jour. Les systèmes High-NA sont imposants, coûteux et compliqués à installer. Intel a été l’un des clients les plus enthousiastes, utilisant le EXE:5200B pour le développement du futur Intel 14A. La société a achevé l’acceptation de l’appareil fin 2025, avec une vision de production pilote dès 2027. Pour Intel, le High-NA ne se limite pas à la lithographie : c’est une tentative de regagner la crédibilité technologique face à TSMC.

Samsung et SK hynix ont aussi commencé à s’engager. SK hynix a installé un système High-NA dans son usine M16 à Icheon pour anticiper les futures générations de DRAM, tandis que Samsung évalue aussi cette technologie pour ses nœuds avancés. La mémoire étant particulièrement concernée, la demande croissante de HBM, DRAM haute performance et processus toujours plus fins rend cette technologie très attrayante.

La feuille de route d’ASML inclut le EXE:5200C, le EXE:5200D et le EXE:5400E, avec des améliorations progressives en productivité. Parallèlement, la plateforme EXE:5600 vise une productivité de 250 wafers par heure ou plus. Le message est clair : le High-NA ne sera pas une solution isolée, mais une famille d’outils destinés à la production de masse.

Mais son déploiement sera sélectif. Le High-NA ne sera pas utilisé pour toutes les couches du circuit ; son rôle principal sera de traiter celles plus critiques, où il évite des étapes supplémentaires et simplifie la fabrication. Le reste continuera d’être réalisé avec le Low-NA ou le DUV. Cette approche, moins élégante en apparence, correspond mieux à la réalité économique en fabrication de semiconducteurs : chaque couche doit être fabriquée avec l’outil le plus rentable, et non pas systématiquement avec le plus récent.

Hyper-NA et alternatives : promesses et limites physiques

Au-delà du High-NA, ASML et ses partenaires explorent le concept Hyper-NA, avec des ouvertures supérieures à 0,7. Théoriquement, cela permettrait de continuer à réduire la taille des structures imprimées. En pratique, cette avancée soulève des problèmes physiques de plus en plus difficiles : profondeur de champ plus faible, films photosensibles plus fins, défauts stochastiques accrus, exigences accrues pour les masques et pellicules, et une optique encore plus complexe à réaliser.

Le débat sur Hyper-NA révèle une idée dérangeante pour l’industrie : chaque nouvelle génération de lithographie offre des gains, mais à un coût croissant. Il ne suffit pas d’utiliser une lentille plus extrême. Il faut aussi que la source EUV délivre une puissance suffisante, que la masque résiste, que le pellicle transmette la lumière sans dégradation, que le resist fonctionne avec des films ultrafins, et que tout cela produise des wafers de qualité à un coût raisonnable.

Des alternatives existent, mais aucune ne semble prête à remplacer ASML en logique avancée. Canon, par exemple, propose le système de nanoimpression FPA-1200NZ2C, qui ne repose pas sur une projection optique mais sur une transfert mécanique du motif. Après avoir fourni une unité au Texas Institute for Electronics en 2024, Canon affirme que la nanoimpression peut réduire la consommation et le coût. Cependant, cette technologie semble mieux adaptée aux applications à motifs répétés, comme la mémoire ou certains processus de fabrication, plutôt qu’à la logique avancée en volume, où défauts et overlay sont critiques.

Pour le marché, cela signifie qu’ASML restera difficile à remplacer. Son activité ne dépend pas seulement de la vente de nouvelles machines : la gamme installée, comprenant service et améliorations, a atteint 8,2 milliards d’euros en 2025 et continue de croître à mesure que les usines exploitent davantage ses équipements. Au premier trimestre 2026, ASML a revu à la hausse ses prévisions annuelles d’un chiffre d’affaires compris entre 36 et 40 milliards d’euros, avec une marge brute attendue entre 51 et 53 %, soutenue par la demande d’IA et ses plans d’expansion.

La feuille de route en conclut que la fabrication de puces ne progresse pas par sauts brutaux, mais par couches successives. Le DUV continuera d’être utilisé. Le Low-NA EUV poursuivra son extension. Le High-NA sera déployé où le coût devient justifiable. Le Hyper-NA devra prouver qu’il peut dépasser ses limites physiques. Et, en attendant, chaque génération d’IA, GPU, CPU et mémoire dépendra d’une chaîne d’équipements toujours plus onéreux, précis et difficile à reproduire.

Questions fréquentes

Quelle différence entre DUV et EUV ?
La DUV utilise de la lumière ultraviolette profonde et continue à fabriquer de nombreuses couches de circuits actuels. L’EUV, avec une longueur d’onde de 13,5 nm, permet d’imprimer des motifs plus petits avec moins d’étapes dans les couches complexes.

Qu’est-ce que le High-NA EUV ?
Il s’agit d’une nouvelle génération de lithographie EUV avec une ouverture numérique de 0,55. Elle améliore la résolution par rapport aux systèmes EUV actuels à 0,33 NA, et est conçue pour les couches critiques en dessous de 2 nm et la mémoire avancée.

Pourquoi TSMC n’utilise-t-elle pas le High-NA pour A16 et A14 ?
TSMC estime pouvoir continuer d’avancer avec la Low-NA EUV, le multipatronage et la lithographie computationnelle, tant que le High-NA n’apporte pas un avantage clair en termes de coût, de rendement ou de productivité. La société indique qu’elle l’adoptera lorsque le bénéfice mesurable sera évident.

Canon peut-elle concurrencer ASML avec la nanoimpression ?
Canon propose une alternative intéressante avec la nanoimpression, mais cette technologie semble plus adaptée à des applications spécifiques qu’à la logique avancée en volume, notamment à cause des défis liés aux défauts, à la précision d’alignement et à la productivité.

source : ASML et tomshardware