L’énergie absorbée est le prochain défi de la litho EUV
Le déploiement de la lithographie dans l’ultraviolet extrême (EUV) pourrait être freiné par les besoins croissants en énergie de cette technologie.
L’EUV est une technologie clé pour les derniers procédés de fabrication de puces, et l’Europe a été au cœur de ce projet grâce à ASML aux Pays-Bas et à Imec en Belgique.
La technologie EUV à grande ouverture numérique (NA) de la prochaine génération est complexe et coûteuse à développer. Le gouvernement américain a annoncé cette semaine la création d’un centre d’un milliard de dollars à Albany, dans l’État de New York, pour poursuivre le développement de cette technologie.
Toutefois, le développement de cette technologie a été long, stimulé par l’acquisition de Cymer par ASML aux États-Unis en 2013. Des retards en 2010, des débats en 2015 autour de la technologie 7nm et un incendie en 2018 ont mis en lumière les défis à relever.
Intel déclare avoir achevé le déploiement de l’EUV pour la production dans le cadre de l’extension de sa capacité et de la succession de quatre nœuds de process en cinq ans. Elle a installé l’EUV à haute résolution dans son usine de développement de l’Oregon.
« Grâce à notre stratégie « shell-ahead », nous sommes désormais bien positionnés pour réagir rapidement à la demande du marché », a déclaré cette semaine Pat Gelsigner, PDG d’Intel. « Avec notre transition vers l’EUV maintenant achevée et le lancement d’Intel 18A à l’horizon, nous avons une cadence plus normale de développement de nœuds à Intel 14A et au-delà. En outre, nos équipes se concentrent de manière maniaque sur l’amélioration de la productivité de l’usine, ce qui nous permet de produire plus avec moins, au fil du temps. »
Il s’agit notamment de la technologie EUV installée dans son usine de Leixlip, en Irlande, en 2022. Cependant, l’équipement nécessite beaucoup plus d’espace dans les fabs, en particulier la hauteur, et tend donc à être utilisé dans de nouveaux bâtiments.
Un autre système EUV à haute NA, dont le coût est estimé à 350 millions de dollars, est en cours d’installation chez TSMC à Taïwan, qui s’intéresse également à la technologie des process à 1,8 et 1,6 nm.
Les outils NA EUV nécessitent jusqu’à 1 400 kilowatts par outil, ce qui en fait les machines les plus gourmandes en énergie dans une usine de semi-conducteurs. À mesure que le nombre de fabs équipées de la technologie EUV augmente, la demande d’électricité augmente, ce qui pose un défi en matière d’infrastructure électrique et de développement durable.
TechInsights recense actuellement 31 fabs qui utilisent la lithographie EUV et 28 autres qui mettront en œuvre la lithographie EUV d’ici à la fin de l’année 2030. Le nombre de systèmes de lithographie EUV en service aura donc plus que doublé, ce qui représente plus de 6 100 gigawatts par an pour alimenter les seuls systèmes EUV.
La technologie a permis des géométries plus petites dans le processus CMOS pour des puces plus petites et plus puissantes, essentielles pour l’intelligence artificielle (IA), l’informatique de haute performance et la conduite autonome. Toutefois, cela a un coût important : la consommation d’énergie, indique le rapport de TechInsights.
D’ici à 2030, la consommation annuelle d’électricité estimée pour les seuls outils EUV pourrait dépasser 54 000 gigawatts, soit plus de 19 fois la quantité utilisée par le Strip de Las Vegas en un an. Il est donc urgent de trouver des solutions énergétiques durables pour répondre à la demande croissante de l’industrie des semi-conducteurs.
Alors que plus de 500 entreprises fabriquent des semi-conducteurs, seule une poignée d’entre elles ont les moyens, les besoins et les compétences nécessaires pour soutenir les systèmes de lithographie EUV, ce qui a des répercussions sur les réseaux énergétiques régionaux spécifiques. Les sites où les fabs utilisent des systèmes EUV pour la fabrication en gros volumes sont TSMC et Micron à Taïwan, Samsung et SK Hynix en Corée, Micron au Japon, Intel et TSMC en Arizona, Intel en Ohio et Orgeon, Micron en Idaho et New York ainsi que Samsung au Texas.
Alors que les outils EUV sont les composants les plus énergivores des fabs de semi-conducteurs, ils ne représentent qu’environ 11 % de la consommation totale d’électricité. D’autres outils de traitement, l’équipement des installations et les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation contribuent également de manière significative à l’empreinte énergétique globale.
Pour assurer un avenir durable, l’industrie devra investir dans des technologies à haut rendement énergétique, explorer les sources d’énergie renouvelables et collaborer avec les décideurs politiques pour relever les défis des infrastructures électriques, explique Lara Chamness, analyste principale en matière de développement durable chez TechInsights.
Alors que le financement du centre de R&D EUV est axé sur la loi CHIPS pour la chaîne d’approvisionnement souveraine, il doit se concentrer sur la consommation d’énergie et la durabilité de la technologie.
Vous trouverez plus de détails dans le rapport de TechInsights.
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