Analyse du marché national et international des équipements de gravure

En 2018, le marché mondial des équipements de gravure représentait environ 10 milliards de dollars américains. Avec la réduction de la taille des nœuds de gravure des puces, le nombre d'étapes de gravure augmente, entraînant une demande croissante de machines de gravure. La Chine est en passe de devenir le premier marché mondial des équipements pour semi-conducteurs, et des avancées majeures ont été réalisées dans le secteur des équipements de gravure, de dépôt, de nettoyage et de test. Contrairement au déclin trimestriel du marché mondial des semi-conducteurs, le marché chinois des équipements pour semi-conducteurs affiche une croissance fulgurante.

Le secteur des équipements de gravure est fortement concentré, Panglin Semiconductor détenant la moitié des parts de marché des machines de gravure. Avec les progrès de la technologie des semi-conducteurs, le nombre de couches d'interconnexion des dispositifs augmente, et l'utilisation des équipements de gravure continue de croître. Panglin Semiconductor tire parti du coût inférieur et de la conception relativement simple de ses équipements, et surpasse progressivement TEL et d'autres entreprises sur le marché des équipements 65 nm et 45 nm, occupant plus de la moitié du marché mondial et devenant leader du secteur. Selon les données de The Information Network, la part de marché de Panglin Semiconductor dans le secteur des équipements de gravure a progressé régulièrement depuis 2012, passant d'environ 45 % en 2012 à environ 58 % en 2019, principalement au détriment de Tokyo Electronics. La part de marché de Tokyo Electronics a chuté de 30 % en 2012 à 18 % en 2019, mais l'entreprise a conservé sa deuxième place. Applied Materials occupe constamment la troisième place, représentant environ 19 % du marché en 2017. Les trois premières entreprises représentaient 94 % de la part de marché totale en 2017, avec une forte concentration du secteur et des barrières techniques évidentes.

(1)Présentation de Lam Research et de ses équipements

Avec la miniaturisation croissante des puces, la création de motifs plus complexes et fins est devenue indispensable au développement des circuits intégrés. Il est donc nécessaire d'éliminer sélectivement les matériaux diélectriques (isolants) et métalliques (conducteurs) déposés lors du processus de fabrication. La principale technique de gravure ionique réactive consiste à bombarder la surface de la plaquette avec des ions (particules chargées) afin d'enlever de la matière. Pour les motifs clés de petite taille, la gravure couche atomique (ALE) est une méthode courante, permettant d'éliminer plusieurs couches atomiques de matériau. Lam Research propose une gamme d'équipements pour la gravure de différents matériaux.

Lam Research est l'un des plus anciens fabricants d'équipements de gravure, et met constamment à jour ses produits pour suivre le rythme du développement des semi-conducteurs. Comme indiqué, l'activité initiale de l'entreprise était la production d'équipements de gravure. Sa première machine, l'AutoEtch 480, a été lancée en 1981, suivie en 1982 par un équipement compatible avec le procédé 1,5 µm, puis en 1989 par un équipement compatible avec le procédé 0,8 µm. L'entreprise a développé le premier équipement de gravure sèche ICP en 1992, puis le premier équipement de gravure ICP bi-fréquence en 1995, applicable aux puces gravées en 350 nm, et enfin la série 2300 en 2000, compatible avec les procédés de gravure en 180 nm. La figure présente les schémas des produits Lam Research AutoEtch 690 et Lam Research 2300.

Fin 2014, la société a intégré la fonction ALE à sa gamme de systèmes de gravure de supports Flex 350 nm, principalement destinés aux supports mixtes à faible et très faible constante diélectrique (low-k et ultra-low-k) et à la gravure d'ouvertures, de rainures et de contacts à fort rapport d'aspect pour les mémoires 3DNAND. Ce système exploite la technologie AMMP (Mixed Mode Pulse) avancée de la société. La haute sélectivité de cette technologie AMMP renforce l'efficacité de la gravure ALE, permettant ainsi l'utilisation de films diélectriques ALE, tels que la silice, dans les puces logiques de nouvelle génération et les opérations de fonderie. Par ailleurs, la gamme de produits Kiyo de la société propose également la fonction ALE, notamment pour la gravure de transistors FinFET et à trois grilles, de mémoires 3DNAND et de grilles diélectriques/métalliques à constante diélectrique élevée.

La gravure diélectrique consiste principalement à graver des motifs sur des matériaux isolants afin de former une barrière entre les parties conductrices des dispositifs semi-conducteurs. Pour les dispositifs de pointe, ces structures peuvent être très hautes et très fines, et impliquer des matériaux complexes et sensibles. Même à l'échelle atomique, un léger écart par rapport au profil cible peut nuire aux performances électriques du dispositif. Pour créer avec précision ces structures complexes, Lam Research propose la gamme de produits Flex®, une technologie différenciée et une solution adaptée aux applications critiques de protection contre la corrosion diélectrique, comme illustré sur la figure.

L'uniformité, la répétabilité et la capacité de réglage sont obtenues grâce à une conception unique de plasma restreint, multifréquence et de petit volume, et la gamme de produits Flex garantit une génération de plasma continue, une gravure continue des tailles critiques, ainsi qu'une productivité et un rendement accrus.

La gravure de conducteurs est principalement utilisée pour former des microstructures électriquement actives au sein des semi-conducteurs. Dans ces matériaux, même de petites variations peuvent engendrer des défauts électriques affectant les performances du dispositif, notamment dans la fabrication de circuits intégrés. Avec le développement de procédés de gravure aux dimensions et motifs clés de plus en plus précis, le processus repousse les limites des lois fondamentales de la physique et de la chimie. Lam Research a conçu la gamme de produits Kiyo R afin de garantir une gravure précise des dimensions et motifs clés, d'assurer les performances électriques des dispositifs et d'améliorer la productivité, comme illustré sur la figure.

La technologie Hydra brevetée de Kiyo, intégrée à ses produits, améliore la constance des dimensions critiques (CD) en corrigeant les variations du mode d'entrée et optimise la gravure couche atomique par plasma (ALE) pour un contrôle précis des variations à l'échelle atomique, adapté à la production industrielle.

En gravure sèche, le procédé d'élimination du silicium ou d'autres matériaux en profondeur dans une plaquette de silicium par gravure plasma est appelé gravure profonde du silicium. Ces gravures sont principalement utilisées pour les rainures profondes assurant l'isolation des pixels dans les capteurs d'images CMOS, les rainures dans les dispositifs de puissance et autres composants, ainsi que les TSV et autres dispositifs critiques à fort rapport d'aspect. Lors du traitement, ces structures clés sont formées par gravure continue de plusieurs matériaux, chaque matériau changeant au cours du processus. Pour la technologie de gravure profonde du silicium, Lam Research a développé la gamme de produits Syndion R, qui offre une commutation rapide des procédés et un contrôle précis de la profondeur, permettant ainsi un meilleur contrôle de l'uniformité sur différentes plaquettes de silicium, comme illustré sur la figure. Grâce à ses excellentes caractéristiques de contrôle des procédés, cette gamme de produits peut être appliquée non seulement aux procédés de gravure traditionnels en une seule étape, mais présente également un fort potentiel pour le développement de procédés alternés rapides, garantissant un minimum de dommages et une uniformité de profondeur précise.

Le procédé de gravure métallique joue un rôle essentiel dans l'assemblage des composants individuels qui forment des circuits intégrés, notamment pour la réalisation de pistes et de connexions électriques. Ces trous permettent également de percer des masques métalliques rigides dont les motifs sont trop petits pour les masques conventionnels, autorisant ainsi une réduction continue des dimensions caractéristiques. Afin de réaliser ces étapes de gravure critiques, Lam Research a développé la gamme de produits Versys@Metal, une technologie qui accroît considérablement la capacité de production. Sa structure unique à cavité symétrique permet également de contrôler indépendamment l'uniformité du CD et du profil du dispositif, comme illustré sur la figure.

(2)La société Applied Materials et ses équipements

En tant que premier fournisseur mondial d'équipements et de services pour semi-conducteurs, Applied Materials bénéficie d'une expertise technique pointue dans le domaine des équipements de gravure. Forte d'une longue tradition de développement, l'entreprise a été à l'origine de nombreuses avancées technologiques. Dès 1997, elle lançait Silicon Etch DPSCentura, un système de gravure DPS pour circuits intégrés, applicable à la fabrication de puces de 0,25 µm et moins. Ce système est aujourd'hui leader mondial de la gravure du silicium et figure parmi les produits les plus performants du secteur.

En 1999, la société a lancé Silicon Etch DPS PlusCentura, utilisable pour des gravures de 0,1 µm et moins. En juillet 2000, elle a présenté MetalEtch DPS 300 et Silicon Etch DPS 300, des systèmes de gravure de 30,5 cm (12 pouces) compatibles avec toutes les applications de gravure de diélectriques, de silicium et de métaux. Les équipements de gravure de semi-conducteurs d'Applied Materials couvrent l'ensemble des secteurs industriels, de la gravure du silicium à la gravure des diélectriques.

Pour répondre aux évolutions technologiques de l'industrie des semi-conducteurs, Applied Materials poursuit ses efforts d'innovation dans le domaine de la gravure. En 2011, Applied Materials a lancé AppliedCentura® Silvia™, un nouveau système de gravure. Ce système augmente la vitesse de gravure de 40 %, réduisant ainsi le coût de gravure par plaquette. Techniquement, cette nouvelle technologie permet d'obtenir des trous traversants plus lisses et un rapport d'aspect plus élevé. Le 13 juillet 2015, Applied Materials a annoncé le lancement d'AppliedCen-tris™ Sym3™, un système de gravure de nouvelle génération doté d'une chambre de réaction inédite permettant des procédés de précision atomique. En juin 2016, Applied Materials a réalisé une avancée majeure dans le domaine de la gravure en lançant Applied Producer® Selectra™, le premier système de gravure ALE du secteur. Ce système contribue à la miniaturisation des puces logiques 3D et des puces mémoire grâce à de nouvelles possibilités d'ingénierie des matériaux.La figure présente quelques produits d'Applied Materials.

(3)Présentation de la société Tokyo Electron Ltd. et de ses équipements

Tokyo Electron Ltd. est un fournisseur majeur d'équipements pour semi-conducteurs au Japon, spécialisé dans les écrans plats et les équipements pour semi-conducteurs. Dans le secteur de la fabrication d'écrans plats, les machines de gravure représentent 83 % du marché. En 2018, la part de marché mondiale des équipements de gravure pour écrans plats atteignait 71 %. Tokyo Electron a toujours mis l'accent sur la recherche et le développement de technologies clés et possède une solide expérience dans ce domaine, notamment en matière d'équipements de gravure.

En 2001, Tokyo Electron Corporation a acquis Supercritical Systems, une société américaine, et sa technologie de gravure 100 nm. En 2002, le système de gravure plasma Telius™ a été lancé, permettant la gravure 70 nm. En 2005, l'entreprise est devenue leader mondial des ventes de systèmes de gravure plasma et a commercialisé des produits pour les procédés 65 nm et 45 nm. En 2006, Telius™ a été équipé de la chambre de gravure S de dernière génération. En 2010, Tokyo Electronics a lancé un nouveau système de gravure plasma, CCM™ J I. Associée à Tactras™RLSATMEtch, cette technologie plasma révolutionnaire permet une gravure non destructive, à basse énergie et à haute densité électronique. En 2011, Tokyo Electronics a présenté le graveur plasma Tactras™Vigus™ amélioré, compatible avec les procédés 20 nm. En 2012, l'usine Tokyo Electronics de Kunshan, en Chine, a produit avec succès des composants pour les graveurs plasma d'écrans plats. En 2013, Tokyo Electronics a lancé le système de gravure plasma ICP pour les écrans Gen8, une technologie novatrice offrant des avantages considérables pour la production d'écrans de grande taille. En 2014, Tokyo Electronics a introduit un système de gravure à faibles pertes et à taux de sélection élevé pour la mémoire flash 3DNAND et les transistors FinFET. En 2016, pour la production d'écrans plats haute définition de petite et moyenne taille, Tokyo Electronics a lancé un nouveau système de gravure. En 2017, Tokyo Electronics a lancé la production en série et la commercialisation du système de gravure ICP, répondant ainsi aux besoins du marché en matière de haute résolution 4K et 8K, ainsi que pour les tablettes grand écran.

FOUNTYL TECHNOLOGIES PTE. LTD., située à Singapour, se spécialise depuis plus de 10 ans dans la recherche et le développement, la fabrication et les services techniques de pièces céramiques de précision pour le secteur des semi-conducteurs. Nos principaux produits sont les mandrins, effecteurs, plongeurs et poutres carrées en céramique. Nous fabriquons également diverses pièces en céramique (céramiques poreuses, alumine, zircone, nitrure de silicium, carbure de silicium, nitrure d'aluminium, céramiques diélectriques pour micro-ondes et autres céramiques de pointe).