La transition vers des photomasques de plus grande taille vise à surmonter une limite majeure de la lithographie EUV à haute ouverture numérique (High-NA EUV) : exploiter sa capacité à imprimer des circuits plus petits sans compromettre la productivité lors de la fabrication de puces de grande taille. En septembre, TSMC et ASML ont annoncé une initiative industrielle conjointe pour développer ce format, avec pour objectif la mise en place d’une ligne pilote en 2031 et la préparation pour une production avancée dès 2033.

Les essentiels sur les photomasques High-NA EUV en 30 secondes

• TSMC et ASML mènent la transition des photomasques actuelles de 6 pouces vers un format supérieur de 12 pouces.
• L’objectif est d’accroître la productivité des usines et de réduire les coûts de fabrication des puces avancées.
• Les optiques High-NA limitent la zone d’exposition disponible, ce qui peut nécessiter l’assemblage de motifs à l’aide de plusieurs expositions.
• L’initiative vise à avoir une ligne pilote de photomasques de format élargi en 2031 et à préparer les systèmes pour une production avancée en 2033.
• TSMC prévoit de commencer à utiliser la technologie High-NA EUV en volume à partir de 2030, initialement avec les masques actuels.

Les annonces des deux entreprises annoncent une nouvelle étape dans le développement de la lithographie pour semi-conducteurs. Bien que la technologie High-NA EUV permette d’imprimer des structures plus petites, exploiter pleinement cette résolution nécessite également d’adapter d’autres éléments du processus industriel. Les photomasques, qui portent les motifs transférés aux wafers de silicium, en font partie intégrante.

Présentée le 7 septembre 2026, cette initiative a été dévoilée avant la conférence SPIE BACUS consacrée à la technologie des photomasques. Selon le calendrier publié, la ligne pilote sera prête en 2031, tandis que la mise en œuvre complète des systèmes de lithographie pour des circuits avancés est prévue pour 2033. Ces échéances constituent des objectifs de développement plutôt que des dates garantissant la disponibilité immédiate de la technologie pour la production commerciale.

Pourquoi la High-NA EUV nécessite des photomasques plus grandes

La lithographie EUV, pour « Extreme Ultraviolet », emploie la lumière ultraviolette extrême pour transférer les motifs des circuits sur un wafer. La variante High-NA augmente l’ouverture numérique de l’optique, améliorant ainsi la résolution et permettant de travailler avec des structures plus fines.

Cependant, cette avancée introduit une limitation en termes de zone d’exposition lors d’une seule opération. Les systèmes High-NA utilisent des optiques anamorphiques, certifiant des facteurs de réduction différents selon les directions. Avec les masques actuels, ce dispositif réduit d’environ la moitié le champ d’exposition dans une dimension par rapport au format EUV conventionnel.

Conséquemment, certains dessins complexes peuvent nécessiter plusieurs expositions, puis un assemblage des motifs. Ce processus, appelé stitching, complexifie la fabrication et peut limiter la productivité. Il impose également un contrôle précis de l’alignement entre zones exposées pour éviter des défauts dans le circuit final.

L’adoption de photomasques de plus grande taille vise à retrouver un champ d’exposition élargi, réduisant la nécessité d’assembler les motifs dans certains cas. Pour les fabricants, cela pourrait entraîner une augmentation de la productivité par équipement et une diminution des coûts par puce, bien que le bénéfice réel dépende des architectures de circuits, des processus et de l’industrialisation.

Il faut préciser que le format de 12 pouces concerne uniquement la taille envisagée pour les photomasques, pas celle des wafers de silicium. Les usines avancées utilisent déjà des wafers de 300 mm, soit environ 12 pouces, mais ces composants ont des fonctions différentes dans le processus.

Une transition nécessitant une adaptation de toute la chaîne de fabrication

Le passage à des photomasques plus grandes ne se limite pas à la fabrication d’une plaque de plus grande dimension. L’industrie devra adapter ses processus de production de masques, ses systèmes d’inspection et de réparation, ses mécanismes de transport et de manipulation, ainsi que les équipements de lithographie pour intégrer ce nouveau format.

L’infrastructure actuelle, conçue autour de masques d’environ 6 pouces depuis plusieurs décennies, doit évoluer. Une transition industrielle coordonnée est essentielle entre fabricants d’équipements, producteurs de masques et concepteurs de puces. Les échéances jusqu’en 2031 et 2033 illustrent qu’il reste encore du travail à accomplir avant que cette nouvelle solution ne soit intégrée à la production avancée.

TSMC et ASML assurent que cette évolution permettrait d’accroître la productivité, de réduire les coûts et d’optimiser les rendements avec la technologie High-NA EUV. Selon leur annonce commune, d’autres acteurs du secteur manifestent également de l’intérêt, même si la liste des participants ou des engagements précis n’ont pas été dévoilés.

Ce développement intervient dans un contexte où les fabricants préparent de nouvelles générations de processeurs pour l’intelligence artificielle et autres applications exigeantes. À mesure que les architectures de transistors évoluent, la demande pour la lithographie High-NA EUV et son efficacité croissante s’intensifiera, rendant l’optimisation de chaque exposition encore plus cruciale.

TSMC maintient 2030 comme objectif pour la High-NA EUV

Le calendrier concernant les masques de format élargi est plus ambitieux que celui prévu par TSMC pour généraliser la High-NA EUV en production. La société taïwanaise prévoit de commencer à utiliser la technologie d’ASML sur ses nœuds avancés à partir de 2030, en utilisant d’abord ses masques actuels de 6 pouces.

Ainsi, la nouvelle génération de masques ne sera pas une condition préalable pour lancer les premières applications industrielles de la High-NA EUV. Leur rôle consistera à étendre les capacités technologiques et à augmenter l’efficacité lors d’étapes ultérieures, lorsque les systèmes de plus grande taille seront opérationnels.

La distinction entre ces deux étapes est essentielle pour comprendre le déploiement : le début de la production avec la High-NA EUV en 2030 reste une priorité pour TSMC. La ligne pilote de masques de plus grande taille en 2031 et la mise en place de systèmes pour une production avancée en 2033 représentent un développement ultérieur. Aucune de ces échéances ne garantit à elle seule la performance, le coût ou le volume de production que la technologie atteindra à terme.

Pour ASML, fabricant néerlandais de systèmes EUV, ce projet implique une collaboration étroite avec TSMC et l’ensemble des fournisseurs pour dépasser une des limitations rencontrées en augmentant la résolution. Pour TSMC, l’enjeu est de posséder des outils capables de fabriquer des architectures toujours plus complexes, tout en maintenant un bon compromis entre productivité et coût.

Ce projet ne prévoit pas que les masques de 12 pouces remplacent immédiatement ceux en usage. Pendant plusieurs années, ces deux technologies coexisteront, alors que la nouvelle infrastructure sera développée et validée. La réussite dépendra de la capacité des fabricants, fournisseurs et industriels à coordonner cette transition, qui concerne une large partie du processus de fabrication.

Foire aux questions

Quelles sont les photomasques de 12 pouces ?

Ce sont des masques de plus grande dimension, contenant les motifs utilisés pour transférer les circuits sur les wafers de silicium. La filière étudie leur adoption pour optimiser les systèmes de lithographie High-NA EUV.

Pourquoi la High-NA EUV nécessite-t-elle des masques plus grands ?

Les optiques à haute ouverture numérique réduisent la zone d’exposition possible en une seule opération dans une dimension. Un masque de format supérieur permettrait d’élargir cette zone et de diminuer la nécessité d’assembler des motifs à partir de plusieurs expositions pour certains designs.

Quand seront prêtes ces nouvelles photomasques ?

TSMC et ASML travaillent à établir une ligne pilote pour 2031. La préparation des systèmes de lithographie de plus grande taille pour une production avancée est prévue pour 2033.

Quand TSMC commencera-t-elle à utiliser la High-NA EUV ?

TSMC prévoit de déployer cette technologie en volume pour ses nœuds avancés à partir de 2030, en utilisant initialement ses masques actuels de 6 pouces.