La machine qu’une seule entreprise sait construire
En 1984, une coentreprise néerlandaise s’est mise au travail dans un bâtiment de Philips, à Eindhoven. En 2012, son grand pari produisait sept plaquettes par heure et tous les rivaux raisonnables avaient jeté l’éponge. Pendant presque tout ce temps, la patience et l’entêtement se ressemblaient comme deux gouttes d’eau.
N° 013septembre 20269 min de lecturePedrum Shokouhi
Le Soleil en ultraviolet extrême à 13,1 nanomètres, vu depuis l’orbite. Une lumière d’une longueur d’onde aussi courte ne traverse pas l’air : une machine à fabriquer des puces doit donc produire la sienne, dans le vide.
Gjalt Smit · Arthur del Prado
Strijp TQ, Eindhoven, 1984ASML a ouvert ses portes le jour du poisson d’avril 1984, sous la forme d’une coentreprise baptisée ASM Lithography, dans le bâtiment Strijp TQ de Philips à Eindhoven, avec à sa tête un nouveau directeur général, Gjalt Smit, et quarante-sept ingénieurs que l’on avait convaincus de renoncer à un emploi à vie. Le groupe en comptait cinquante. Philips leur avait proposé des conditions séduisantes, et ils avaient assez bien compris l’offre pour la qualifier de dépeçage d’actifs. Philips n’avait d’ailleurs même pas voulu de ce partenaire : il préférait le géant américain Perkin-Elmer, tenait l’ASM d’Arthur del Prado pour un parvenu, et n’est revenu vers lui qu’après que Perkin-Elmer a signé avec quelqu’un d’autre et que le groupe a manqué de temps. La machine que les ingénieurs avaient emportée avec eux, la PAS 2000, exigeait une refonte de sa technologie clé, à commencer par une platine hydraulique pour les plaquettes, qui amenait de l’huile dans la salle blanche. L’entreprise a vite été trop à l’étroit et a débordé dans ce que la chronologie d’ASML appelle elle-même un hangar qui fuit, à côté des bureaux de Philips, avant de s’installer dans un nouveau bâtiment à Veldhoven en 1985. Ce hangar est depuis devenu un texte sacré, et le récit que fait ASML de sa propre fondation emploie le mot « mythe ».
Les premières années n’ont donné à personne l’occasion de penser à un avenir lointain. Le partenariat avec Carl Zeiss pour les lentilles a débuté en 1986, mais en 1988 l’entreprise allait si mal qu’ASM s’est retiré, et un membre du conseil de Philips, Henk Bodt, a persuadé ses collègues de lui prêter main-forte une dernière fois. En 1986, lors d’une réunion scientifique au Japon qui n’avait rien à voir avec qui que ce soit à Eindhoven, un chercheur de NTT, Hiroo Kinoshita, a rapporté qu’il avait projeté des images avec une lumière très courte, réfléchie par des miroirs multicouches. La logique était simple. Une lumière plus courte imprime des motifs plus fins, et l’industrie travaillait alors avec des lampes à mercure à 436 nanomètres, tandis que Kinoshita descendait jusqu’à près de 11. Le hic, c’est que presque tout absorbe une lumière aussi courte : une machine construite sur ce principe devrait donc fonctionner sous vide, avec des miroirs seulement. « Malheureusement, le public s’est montré très sceptique à l’égard de mon exposé », a déclaré Kinoshita des décennies plus tard. En Amérique, les évaluateurs d’une proposition des Bell Labs ont écrit que des motifs aussi fins « ne seraient jamais nécessaires », et Andrew Hawryluk, du laboratoire Lawrence Livermore, a présenté une communication sur cette idée avant de rentrer chez lui, selon ses propres mots, « la queue entre les jambes », en se jurant de ne plus jamais en parler.
Andy Grove · Jos Benschop
EUV LLC, de 1997 à 2003Le premier à montrer une vraie patience a été américain. En 1992, Andy Grove a approuvé 200 millions $ d’argent d’Intel pour l’EUV. Quand le soutien fédéral aux laboratoires nationaux s’est tari, Intel et ses partenaires leur ont consacré 250 millions $ en 1997, Intel s’engageant à prendre en charge tous les coûts de recherche EUV des laboratoires par l’intermédiaire d’un consortium baptisé EUV LLC. ASML a recruté Jos Benschop pour lancer son programme la même année, a formé avec Zeiss un groupe de recherche européen en 1998, puis a rejoint le consortium américain en 1999. Canon et Nikon, qui dominaient les ventes mondiales de lithographie au milieu des années 1990, sont restés à l’écart. Les récits divergent sur la manière : l’un affirme que Washington a de fait empêché les entreprises japonaises d’y participer, un autre que Nikon a décliné en pleine polémique et que Canon a été tenu à l’écart. Dans les deux cas, Intel a plaidé la cause des Néerlandais. ASML a promis une usine aux États-Unis aussi grande que son usine néerlandaise et 55 % de composants américains, et au moins un récit rigoureux affirme qu’elle n’a jamais respecté ces conditions. Une bonne part de ce que l’on admire aujourd’hui comme les douves d’ASML lui a donc été offerte par un gouvernement étranger et par un client qui avait cruellement besoin d’un fournisseur. En 2001, elle a conclu l’achat de Silicon Valley Group, que l’un de ces récits qualifie de dernier fournisseur américain de lithographie, Intel faisant pression en faveur de l’opération, et c’est ainsi que, dix-sept ans après ses débuts, ASML a racheté ce qui avait été l’activité de lithographie de Perkin-Elmer.
Aucune lampe ne produit cette lumière : la machine doit donc fabriquer la sienne. Un générateur projette des gouttelettes d’étain en fusion, chacune large d’environ un tiers de cheveu humain, à travers le vide à soixante-dix mètres par seconde. Une impulsion laser frappe une gouttelette en vol et l’aplatit en crêpe, une impulsion plus forte vaporise cette crêpe en un plasma d’environ 500 000 kelvins selon les chiffres d’ASML, et ce plasma émet de la lumière à 13,5 nanomètres. Puis la gouttelette suivante arrive, 50 000 fois par seconde. Chaque miroir sur le trajet vers la plaquette ne réfléchit qu’environ 70 % de la lumière ; au bout d’une douzaine de miroirs, il peut en rester moins de 2 %. Des ions d’étain encrassaient les optiques, jusqu’à ce que les ingénieurs ajoutent de l’hydrogène pour les balayer. Zeiss fabrique ces miroirs, et l’entreprise aime les illustrer ainsi : agrandi à la taille de l’Allemagne, l’un d’eux ne s’écarterait de sa forme prévue que de 0,1 millimètre. L’optique avait été le problème le plus redouté de tous. Une fois que Zeiss a prouvé qu’il savait les fabriquer, dit le récit d’ASML, ils sont vite sortis de la liste des difficultés critiques, et l’attention de l’entreprise s’est déplacée vers la source de lumière.
Grant Willson
Conférence plénière de la SPIE, février 2005Benschop avait dit un jour que l’EUV serait en production de masse dès 2006. En 2006, ASML a produit deux prototypes, l’un pour l’imec en Belgique, l’autre pour un institut universitaire de nanosciences à Albany, et un an plus tôt, la grande tribune de la conférence phare du domaine s’était retournée contre l’idée elle-même. « Personne n’imprimera jamais une plaquette de façon rentable avec l’EUV », avait déclaré Grant Willson, professeur à l’université du Texas et cofondateur de Molecular Imprints, qui développait une technologie concurrente. La DARPA a mis fin la même année à son programme de lithographie, un milliard de dollars et quatorze ans après son lancement. En 2001, les partisans parlaient de 15 à 20 millions $ par machine. Le premier système de préproduction a été expédié en 2010 vers un site de recherche de Samsung en Corée du Sud et a vu sa première lumière la veille de Noël, et dès l’année suivante ASML annonçait pour ce modèle un prix de vente moyen d’environ 40 millions €. « Ils nous ont pratiquement crucifiés à la SPIE », se souvenait Benschop, car les clients ne cessaient de brandir l’ancienne feuille de route de la source face à ce que la source faisait réellement. Quand ASML a accepté, en octobre 2012, de racheter Cymer, son fournisseur de sources lumineuses, le communiqué donnait l’état des lieux avec ses propres chiffres : jusqu’à 11 watts chez les clients, de quoi traiter environ sept plaquettes par heure.
Onze watts
Puissance de la source EUV en watts, face aux 250 qu’exigeait la production de masse.
Canon · Nikon
Les abandons, 2009 et 2011On est tenté de traiter d’idiots ceux qui ont abandonné, et je ne crois pas qu’ils l’étaient. Canon avait misé sur la lithographie par rayons X et avait annoncé fin 2000 qu’il s’arrêterait. Nikon avait parié sur la projection d’électrons et l’a abandonnée en 2005, après qu’Intel eut acheté pour 90 millions $ de ses obligations, entre autres pour la garder engagée dans l’EUV. Nikon a tout de même livré une machine EUV au consortium japonais Selete en 2007. En mai 2009, un analyste de Nomura, apprenant que Nikon avait mis en pause certaines de ses machines EUV, écrivait que « le monopole virtuel d’ASML pourrait bien devenir un monopole réel », et en septembre de la même année EE Times rapportait, d’après des sources du secteur, que les efforts de Canon dans l’EUV s’étiolaient avec sa lithographie haut de gamme, ce que Canon a en partie contesté. Nikon a abandonné les systèmes EUV en 2011, invoquant dans une présentation aux investisseurs ultérieure « les investissements considérables requis ». Son rapport annuel de 2013 disait encore que l’EUV « n’a pas avancé comme prévu » et se tournait plutôt vers les plaquettes de 450 millimètres. Mettez cette phrase à côté des onze watts et cherchez-y l’idiot. Un conseil d’administration raisonnable jette l’éponge à ce stade. Je pense que j’aurais abandonné moi aussi, et que j’aurais rédigé une très bonne note pour expliquer pourquoi.
Intel · TSMC · Samsung
Programme de co-investissement des clients, 2012Ce qui a maintenu le pari en vie, ce sont les clients, et la structure de ce sauvetage est la partie qu’un investisseur devrait étudier. Le 9 juillet 2012, alors que des machines EUV étaient en cours d’évaluation et qu’ASML manquait de liquidités, l’entreprise a annoncé un programme qui s’est conclu par l’entrée d’Intel, de TSMC et de Samsung au capital, à hauteur respectivement de 15 %, 5 % et 3 %, et par leur engagement à financer 1,38 milliard € de recherche sur cinq ans. Ils ont payé 3,85 milliards € des actions en grande partie sans droit de vote, et ASML a reversé la totalité de cette somme à ses autres actionnaires. Cymer a suivi pour 1,95 milliard € à l’annonce, car ASML avait déclaré à la SEC qu’elle ne pensait pas que Cymer ait les ressources pour terminer seule la source, puis en 2016 est venue la prise de 24,9 % de Carl Zeiss SMT pour 1 milliard €. Sur les 829 millions € que représentait l’engagement de recherche d’Intel, 553 millions € étaient destinés aux plaquettes de 450 millimètres, la direction vers laquelle Nikon s’était tourné. En novembre 2013, seize mois après l’annonce du programme et à la suite de la décision de ses clients, ASML a suspendu ces travaux, et l’argent est allé à l’EUV.
Les watts sont arrivés en retard. En 2016, ASML en avait 200 en laboratoire, et en juillet 2017 elle pouvait dire qu’elle en avait démontré 250 de façon assez constante, le niveau qui correspondait à 125 plaquettes par heure, tandis que l’un de ses dirigeants plaisantait en disant que, du temps où il travaillait chez Cymer, l’objectif était toujours pour l’année suivante. En 2019, ce qu’ASML considère comme le premier produit commercial EUV est arrivé entre les mains du public, le Galaxy Note10 de Samsung, et lors d’un atelier cette année-là, Benschop a sorti son téléphone. « J’ai dit un jour, naïvement, que l’EUV serait en production de masse en 2006 », se souvient-il avoir lancé à la salle, treize ans de retard par son propre décompte, avant de le brandir devant l’assistance. Invité plus tard à résumer toute l’affaire, il a ri. « On pourrait dire que nous étions soit brillants, soit simplement têtus. » Chris Miller, qui a écrit le livre sur le sujet, appelle cette qualité « une volonté obstinée d’investir », et je pense qu’il a raison. Le rapport annuel 2025 d’ASML la présente comme le seul fabricant de systèmes EUV au monde, et elle a reconnu du chiffre d’affaires sur 48 d’entre eux cette année-là, même si Reuters avait rapporté en décembre 2025 qu’un prototype, dans un laboratoire de Shenzhen, produisait de la lumière EUV mais « n’a pas encore produit de puces fonctionnelles ».
Je pense que la phrase de Benschop est la chose la plus honnête que l’on ait dite sur cette entreprise, parce qu’il refuse de trancher. IBM et NTT ont eux aussi étudié sérieusement la lithographie par rayons X, avant d’y renoncer à cause de masques impossibles à faire fonctionner, et cette patience-là reste dans les mémoires comme du gaspillage. J’ai déjà écrit sur les avions qui sont rentrés, et en voici un : un rescapé dont nous lisons aujourd’hui les impacts de balles comme des traits de caractère. Le mieux que je puisse offrir, ce sont deux critères, à manier avec souplesse. L’entêtement d’ASML était étroit. Elle n’a cessé d’améliorer les machines à ultraviolet profond qui payaient les factures, livrant son premier système à immersion en 2003, et elle a abandonné ce que les clients ne voulaient plus. Et ceux qui devraient acheter la chose ont mis de l’argent sur la table alors que le chiffre affichait onze. Même cela ne tombe pas juste, car le client qui a cru le plus longtemps est celui qui a le moins encaissé. Intel a fait son premier pari en 1992 et, après avoir trébuché dans ses propres usines, n’a commencé à utiliser l’EUV qu’en 2023.
Reste l’homme de la tribune. Canon a racheté en 2014 Molecular Imprints, la société que Grant Willson avait cofondée, et la nanoimpression est devenue son chemin de retour vers la pointe de la fabrication de puces, tandis que le plan de gestion 2022 de Nikon citait les composants liés à l’EUV parmi ses moteurs de croissance : des pièces pour la machine dont il s’était détourné. En septembre 2024, Canon a réalisé ce qui a été présenté comme sa première vente officielle d’une machine de nanoimpression, dix ans après l’achat, à un institut de recherche au Texas. Dix ans après le début de son propre pari, ASML avait deux prototypes sur le terrain et s’était entendu dire depuis une tribune que personne n’imprimerait jamais une plaquette de façon rentable. J’aimerais pouvoir vous dire que l’un de ces cas relève de la patience et l’autre de l’entêtement. C’est le genre de phrase que l’on ne peut écrire qu’après coup.
Notes
- La fondation d’ASML, les quarante-sept ingénieurs, Perkin-Elmer, la PAS 2000 et les hangars proviennent de Jorijn van Duijn, « ASML’s founding story », ASML, 3 avril 2024, et de la chronologie en ligne de l’histoire d’ASML, qui donne aussi le hangar qui fuit à Eindhoven, le déménagement à Veldhoven en 1985, le début du partenariat avec Zeiss et les événements de 1988.
- L’exposé de Kinoshita en 1986 et l’accueil réservé à Hawryluk sont racontés dans Sander Hofman, « Making EUV: from lab to fab », ASML, 30 mars 2022, et dans Photonics Focus de la SPIE, mai-juin 2023. Les sources divergent sur la société savante qui accueillait la conférence. Le chiffre de 11 nanomètres vient de Rachel Courtland, IEEE Spectrum, 31 octobre 2016.
- L’évaluation des Bell Labs, les 200 millions $ de Grove, l’engagement de 1997, le blocage des entreprises japonaises, les conditions d’ASML en 1999, le lobbying de SVG, la présentation de SVG comme dernier fournisseur américain et les travaux d’IBM et de NTT sur les rayons X proviennent de John VerWey, Tracing the Emergence of Extreme Ultraviolet Lithography, CSET, juillet 2024. Que Nikon ait décliné, que Canon ait été empêché et qu’ASML n’ait jamais respecté ses conditions vient de Brian Potter, « How ASML Got EUV », Construction Physics, 20 novembre 2025, qui nomme aussi Ultratech Stepper comme autre licencié américain. La vente de la division lithographie de Perkin-Elmer à SVG en 1990 vient de l’historique de Wilton publié par ASML, 2023.
- La vitesse et la cadence des gouttelettes ainsi que la température du plasma proviennent de « The hottest thing about ASML machines » d’ASML. ASML décrit ailleurs le plasma comme 40 fois plus chaud que la surface du Soleil, ce qui ne cadre pas avec ce chiffre ; j’en ai donc retenu un seul. La taille des gouttelettes et l’hydrogène viennent de MIT Technology Review, 27 octobre 2021 ; la réflectivité des miroirs d’IEEE Spectrum, 2016 ; la comparaison avec l’Allemagne de Simon Bihr, Carl Zeiss SMT, présentation à l’atelier EUVL 2022.
- La remarque de Grant Willson est tirée de « EUV litho headed for failure, say SPIE keynoters », EE Times, 1er mars 2005. Le retrait de la DARPA et les discussions de prix de 2001 viennent du rapport du CSET ; la première lumière, de « Making EUV ». ASML a indiqué un prix de vente moyen de 42 millions € pour le NXE:3100 dans ses résultats du deuxième trimestre 2011, puis de 40 millions € par système dans ceux du troisième trimestre, tous deux déposés auprès de la SEC. Le chiffre plus élevé de 120 millions $ avancé par le CSET n’a pu être rattaché à la source qu’il cite.
- Les 11 watts, les sept plaquettes par heure et les conditions de l’accord de 2012 pour Cymer proviennent du communiqué d’ASML du 17 octobre 2012, déposé auprès de la SEC. Le chiffre de 30 watts en laboratoire vient du même communiqué, celui de 200 watts d’IEEE Spectrum, 2016, et le relevé des 250 watts d’EE Times Asia, 18 juillet 2017.
- Canon et Nikon : CSET ; John Walko, « Nikon said to be delaying EUV lithography development », EE Times/EDN, 15 mai 2009 ; Mark LaPedus, « Canon struggles in litho as tool prices soar », EE Times, 18 septembre 2009 ; Nikon, Annual Report 2013 ; Nikon, présentation de l’IR Day 2022, page 47. Canon a démenti avoir quitté la lithographie à 193 nanomètres.
- Le programme de co-investissement vient des communiqués d’ASML du 5 août et du 17 octobre 2012, d’un 6-K ultérieur et des dépôts 20-F de 2012, 2013 et 2016, qui donnent aussi la suspension des travaux sur les 450 millimètres, l’engagement d’Intel et l’opinion d’ASML sur les ressources de Cymer. La prise de participation dans Zeiss vient du communiqué commun du 3 novembre 2016.
- Les propos de Benschop et le récit sur l’optique viennent de « Making EUV ». Les chiffres de 2025 viennent du formulaire 20-F d’ASML déposé le 25 février 2026. Le prototype de Shenzhen vient de Reuters, « How China built its ‘Manhattan Project’ to rival the West in AI chips », 17 décembre 2025, lu dans la reprise publiée par The Standard de Hong Kong. Miller est cité dans MIT Technology Review, 1er avril 2024. Le démarrage d’Intel en 2023 vient du CSET.
- L’acquisition de 2014 par Canon et sa première vente officielle viennent de « Canon finds first customer for nanoimprint tool », Bits&Chips, 30 septembre 2024.