La lutte pour le prochain grand saut dans la fabrication de puces a connu un nouveau protagoniste. La startup américaine xLight, soutenue par l’ancien directeur général d’Intel, Pat Gelsinger, a signé une Letter of Intent (LOI) avec le Département du Commerce des États-Unis pour bénéficier de jusqu’à 150 millions de dollars d’incitations fédérales dans le cadre de la loi CHIPS et Science. L’objectif : développer une nouvelle source de lumière pour la lithographie extrême ultraviolet (EUV), basée sur un laser à électrons libres (FEL), en alternative aux sources actuelles à plasma laser utilisées par les systèmes d’ASML.

Bien que la LOI ne soit pas contraignante, elle marque une étape majeure pour la branche R&D du programme CHIPS sous l’ère Trump, plaçant xLight au cœur de la stratégie américaine pour regagner du terrain dans une technologie clé actuellement dominée par l’Europe via ASML.

Un accord symbolique : financement, action et influence stratégique

L’accord annoncé prévoit jusqu’à 150 millions de dollars d’incitations pour financer la construction, l’expansion et la démonstration d’un prototype de source EUV basée sur un FEL au Albany Nanotech Complex, à New York, l’un des centres phares du programme CHIPS.

Le Département du Commerce ne se limite pas à débloquer des fonds : plusieurs communications officielles confirment que le gouvernement prendra une participation dans l’entreprise, suivant la ligne tracée par d’autres opérations récentes, comme l’intervention de l’État dans Intel.

Pour l’administration américaine, ce mouvement a une lecture claire : prendre le contrôle d’un maillon critique de la chaîne d’approvisionnement en lithographie avancée, jusqu’ici presque exclusivement détenu par des fournisseurs étrangers. Si xLight parvient à coupler sa technologie aux scanners EUV d’ASML ou à de futurs concurrents, cela renforcerait l’influence directe des États-Unis sur l’un des goulets d’étranglement les plus sensibles de l’industrie des semi-conducteurs.

Ce que souhaite changer xLight : du plasma laser au laser à électrons libres

Actuellement, les machines EUV d’ASML génèrent une lumière de 13,5 nanomètres via une source complexe à plasma : de petites gouttes d’étain sont vaporisées par un laser CO₂ de haute puissance, créant un plasma qui émet une radiation EUV. Ce système, extrêmement sophistiqué, coûte cher, est difficile à maintenir et gourmand en énergie.

xLight propose une autre approche. Son projet consiste à construire une source EUV basée sur un laser à électrons libres (FEL) :

• Un accélérateur de particules propulse des électrons à des vitesses très élevées à l’aide de champs radiofréquence et magnétiques.
• Ces électrons sont envoyés dans une série d’undulators (aimants disposés périodiquement), qui forcent les électrons à osciller et à émettre une lumière cohérente de haute intensité.
• Le système est ajusté pour produire une radiation EUV de 13,5 nanomètres, avec possibilité d’étendre la plage à des longueurs d’onde encore plus courtes, dans le domaine des rayons X doux.

La particularité architecturale du design de xLight réside dans le fait que le FEL serait installé dans une installation séparée, adjacente à l’usine, et non à l’intérieur de la salle blanche. Depuis cette installation, la lumière EUV serait dirigée via un réseau de miroirs à incidence rasante et de stations de rotation jusqu’aux scanners de wafers ; la société estime pouvoir alimenter jusqu’à 20 machines EUV à partir d’une seule source FEL.

Plus de brillance, moins de consommation et des impulsions ultra-courtes

En éliminant l’étape de conversion par plasma, xLight affirme que son système pourrait présenter plusieurs avantages par rapport aux sources actuelles :

• Une brillance accrue : plus de photons EUV utiles par unité de temps, permettant de traiter plus de wafers à l’heure.
• Un spectre plus étroit, contribuant à améliorer la précision du motif projeté sur le silicium.
• Des impulsions femtosecondes, essentielles pour affiner le « bord » des lignes et réduire des phénomènes comme la rugosité stochastique (stochastic roughness) sur les nœuds les plus avancés.
• Une meilleure efficacité énergétique, avec des déclarations internes évoquant des améliorations pouvant atteindre un ordre de grandeur par rapport aux sources EUV actuelles, ce qui est crucial dans un contexte où les coûts électriques explosent dans les grands centres de données et les fabs de dernière génération.

Pat Gelsinger, président-directeur général de xLight, a même évoqué une connexion directe entre ce projet et la « prochaine ère de la loi de Moore » : si un laser EUV nettement plus efficace est développé, les usines pourraient augmenter leur productivité, réduire les coûts par chip et poursuivre la miniaturisation des transistors sur plusieurs nœuds supplémentaires.

Un projet à haut risque sur des machines d’une valeur de plusieurs centaines de millions

Malgré l’enthousiasme du Département du Commerce et de l’entreprise elle-même, la technologie de xLight en est encore à ses premiers stades. La société doit démontrer deux éléments difficiles :

1. Que leur système FEL fonctionne de manière stable et reproductible dans les conditions exigeantes de la fabrication de semi-conducteurs.
2. Qu’il peut s’intégrer avec des scanners EUV commerciaux à faible et haute NA (overture numérique), dont le coût peut atteindre entre 200 et 400 millions de dollars l’unité.

Convaincre une grande fondeuse de laisser un ou plusieurs scanners EUV de cette envergure pour des expérimentations ne sera pas évident. La stratégie de la société repose sur l’utilisation de l’écosystème d’équipements et d’outils du Albany Nanotech Complex, où se trouve l’un des centres de R&D les plus avancés du programme CHIPS, doté d’une infrastructure spécifique pour l’EUV.

De plus, cette démarche a une dimension géopolitique sensible. xLight collabore avec plusieurs laboratoires nationaux du Département de l’Énergie (DOE), et certaines parties de sa technologie pourraient être classifiées. Cela permettrait aux États-Unis de renforcer la sécurité de certaines capacités tout en ralentissant l’adoption mondiale de leur solution, en raison des restrictions à l’exportation ou à l’intégration hors du territoire américain.

Une étape supplémentaire dans la course au contrôle de la lithographie

Ce projet intervient à un moment où Washington cherche non seulement à attirer des usines de fabrication de chips, mais aussi à reprendre la main sur des pièces essentielles de la chaîne de valeur, des matériaux aux équipements de production. La lithographie EUV constitue sans doute le maillon le plus stratégique : sans ces machines, la production de puces de pointe est impossible.

Avec xLight, l’administration Trump envoie un message double. D’un côté, elle exploite l’écosystème financier et réglementaire de la loi CHIPS, adoptée précédemment, pour encourager une technologie considérée comme « disruptive ». De l’autre, elle affirme sa présence en prenant des participations directes dans des entreprises clés, de Intel à des startups comme xLight, dans une volonté d’assurer que la prochaine génération d’outils de fabrication reste sous contrôle américain.

Si le projet aboutit, l’actuelle domination d’ASML pourrait être atténuée par une dépendance accrue des États-Unis à l’égard de la partie la plus complexe de leurs systèmes : la source de lumière. En cas d’échec, ce sera une nouvelle leçon sur la difficulté de repousser les limites physiques et économiques de la lithographie avancée. Pour l’instant, cette initiative reçoit un coup de pouce de 150 millions de dollars et toute l’industrie retient son souffle.

Image et vidéo : xlight.com