ASML, leader mondial de la production d’équipements de lithographie, fournit des solutions de pointe aux principaux fabricants de semi-conducteurs, tels qu’Intel, Samsung ou TSMC. Un marché dont l’enjeu principal consiste à réduire, pour chaque nouvelle génération de circuits intégrés, la taille des transistors à quelques nanomètres seulement, soit des milliers de fois plus fins qu’un cheveu, et ainsi à augmenter leur nombre sur une même surface et in fine accroitre la puissance des smartphones et microprocesseurs. ASML est donc en perpétuelle quête d’innovation afin d’optimiser chaque étape de fabrication des composants et ainsi de répondre aux exigences grandissantes des partenaires industriels.
Le CEA-Leti reconnu pour son expertise en collage
La première collaboration entre ASML et le CEA-Leti a débuté en 2018 dans le cadre d’études sur la fabrication des technologies FD-SOI (Fully Depleted Silicon On Insulator) de 28 nm et sub 28 nm et, plus spécifiquement, pour étudier l’impact des contraintes locales induites par les substrats SOI sur les budgets critiques d’alignement requis entre les différents niveaux de lithographie. Avec la réussite de cette première étude, une seconde phase a été engagée afin de comprendre les défis pour les nouvelles intégrations technologiques à des noeuds sub-10nm mettant en oeuvre des techniques de collage avancées, domaine dans lequel le CEA-Leti dispose d’une expertise internationalement reconnue.
En effet, avec l’amélioration des performances des techniques de collage plaque à plaque ou transfert de couche, de nouvelles architectures innovantes ont été introduites pour simplifier les technologies de fabrication des circuits intégrés. Cela permet ainsi la poursuite de l’augmentation de l’intégration du nombre de transistors par mm². Par exemple, une de ces approches technologiques consiste à empiler, par collage, deux couches de transistors, afin de doubler leur densité à surface équivalente. Dans l’objectif de répondre aux exigences de qualité des spécifications de production, ce collage doit être précis en positionnement mais également rigoureusement plan, pour ne pas dégrader la précision nanométrique d’alignement requise.
ASML et le CEA-Leti se sont engagés conjointement dans le développement de solutions technologiques permettant aux industriels de mettre en oeuvre ces nouveaux procédés et ainsi de répondre aux challenges industriels de la fabrication des circuits les plus avancés au-delà de l’horizon 2026.
« Au sein de ce partenariat, le CEA-Leti et ASML possèdent des compétences vraiment complémentaires », note Michael May, ingénieur lithographie au CEA-Leti. « De notre côté, nous pouvons profiter d'équipements produits par ASML afin de mener nos travaux de recherche. Et en complément, ASML s'appuie sur notre expertise pour évaluer l'impact du collage direct sur ses procédés de fabrication des composants. »
En effet, cette technique induit une déformation des
wafers qui influe sur les effets de la lithographie et qu'il convient donc de prendre en compte au plus tôt.
Un scanner à immersion inédit pour un centre de recherche européen
La collaboration entre ASML et le CEA-Leti a franchi une nouvelle étape avec l'installation, au sein du laboratoire commun, d'un scanner à immersion TWINSCAN NXT:2050i, produit par l'entreprise.
« Par rapport aux scanners lithographiques dits "secs", les systèmes à immersion remplacent l'air, situé entre la lentille de projection et la plaque, par de l'eau », explique Michael May. « Une spécificité qui aide à atteindre in fine des dimensions de gravure plus petites. ».
La technologie elle-même n’est toutefois pas nouvelle : l’équipement acquis en 2018, dans le cadre du laboratoire commun, était déjà un scanner à immersion. En revanche, le modèle NXT:2050i permet d’obtenir une meilleure précision d’alignement entre deux couches successives de l’ordre du nanomètre. Une première pour un appareil de ce type déployé dans un environnement de recherche en Europe.
« Grâce à ce nouveau scanner à immersion, nous allons pouvoir répondre aux exigences de développement des technologies FD-SOI 10 nm et 7 nm, un sujet sur lequel le CEA-Leti est pleinement engagé, dans le cadre du programme d'investissement France 2030 et de la ligne pilote FAMES, au sein du projet européen Chips Act », annonce Nacima Allouti, responsable de partenariats industriels pour la plateforme Silicium au CEA-Leti. « Cette collaboration est bénéfique pour les deux entités, car elle permet au CEA-Leti de rester à la pointe de ses développements de recherche technologique, tout en donnant les capacités à ASML d’optimiser les performances de ses équipements afin de rester le leader et la référence mondiale en matière de lithographie et de métrologie. »
Pour atteindre ces objectifs, les deux organisations ont décidé de renouveler leur partenariat. Avec l’ambition d’impulser une véritable synergie européenne autour des semi-conducteurs, impliquant notamment ASML, le CEA-Leti et d’autres grands acteurs européens du domaine.
TWINSCAN NXT:2050i - Crédit : ASML
Remerciements :
Le premier équipement d'ASML a été en partie financé par la région Auvergne Rhône Alpes, la R&D a été soutenue par la région Auvergne Rhône Alpes et l'Etat français dans le cadre du programme Nano2022.
L'achat du NXT 2050i a été financé par la subvention « ANR622-NEXG-0001 » (projet NextGen) de l'Etat français dans le cadre du programme France 2030 géré par l'Agence Nationale de la Recherche.
Le projet NextGen est également la partie nationale du financement de la ligne pilote FAMES de la Chips JU, aussi partiellement financée par les programmes Horizon Europe et Digital Europe.