Vidéo: Des nanocristaux pour changer la lumière | Rachel Grange | TEDxMartigny 2025
L'industrie des semi-conducteurs est présente dans le secteur des nanotechnologies depuis des années. Ils utilisent des outils et des procédés pour graver des motifs nanométriques sur des tranches de silicium revêtues d'un matériau appelé photorésist. Ces modèles constituent les circuits sur la puce qui permettent à votre ordinateur de traiter les données. Le processus utilisé pour réaliser ces modèles est appelé nanolithographie .
Les circuits intégrés qui sont les cerveaux de votre ordinateur incluent des structures nanométriques. Pour créer des caractéristiques de taille nanométrique pour des circuits intégrés sur des tranches de silicium, il faut une machine appelée un stepper, qui utilise une technique appelée lithographie pour imprimer un motif sur la puce. Les microprocesseurs avec une taille de fonctionnalité de 32 nanomètres réalisés avec un procédé de nanolithographie ont jusqu'à 995 millions de transistors emballés sur une puce d'ordinateur.
Dans un stepper, la lumière brille à travers un réticule, ou photomasque, qui contient le motif à imprimer, et une lentille focalise le motif sur la résine photosensible recouvrant la surface d'une plaquette semi-conductrice. La tranche est ensuite déplacée, ou étagée, de sorte qu'une région non exposée de photorésist se déplace sous le système optique, exposant cette région en utilisant la lumière UV. Ce pas continue jusqu'à ce que le motif soit répété sur toute la plaquette.
La lithographie est similaire à la photographie argentique, dans laquelle un motif est exposé sur une résine photosensible et la résine photosensible est développée à l'aide de produits chimiques photographiques. Le processus de développement dans les deux cas élimine la résine photosensible non exposée, laissant la résine dans le motif souhaité sur la surface de la plaquette. Un système de gravure élimine le silicium et d'autres couches qui ne sont pas couvertes par le motif de la résine photosensible.
Les fabricants continuent de proposer des techniques pour réduire la taille minimale des caractères qu'ils peuvent imprimer. La méthode actuellement utilisée par la plupart des fabricants de circuits intégrés à grand volume est appelée lithographie par immersion à 193 nm. Le 193 nm concerne la longueur d'onde de la lumière ultraviolette générée par un laser utilisé pour exposer le résist, et immersion fait référence au fait que vous immergerez le cristallin dans une flaque d'eau ultrapure.
L'air entre l'objectif et la résine photosensible provoque une légère incurvation de la lumière, en raison des différences d'indice de réfraction entre l'air et la lentille. Cependant, l'indice de réfraction de l'eau est plus proche de celui de la lentille, de sorte que la lumière se plie moins et que le pas à pas peut imprimer un motif plus fin.
Lors de la fabrication de circuits intégrés, vous pouvez exposer plusieurs motifs différents sur une plaquette et chacun de ces motifs définit une couche ou un type de matériau particulier.
Par exemple, une couche pourrait définir les lignes métalliques qui relient divers composants du circuit, tandis qu'une autre couche pourrait définir la grille des transistors dans le circuit. (La porte d'un transistor est la région qui permet à une tension appliquée d'activer ou de désactiver le transistor et est la plus petite région à être configurée dans le circuit intégré.)
Actuellement, les fabricants travaillent avec des steppers utilisant 193 nm lithographie pour produire des circuits intégrés avec une taille minimale de 32 nm.
Bien que le système d'immersion à 193 nm devienne moins inefficace à mesure que la taille des caractéristiques diminue, les fabricants devront utiliser ce système jusqu'à ce que le système de prochaine génération soit disponible. Cette prochaine amélioration dans les steppers et la lithographie sera un système qui utilise la lumière ultraviolette avec une longueur d'onde de 13,5 nm. Ce système est appelé ultraviolet extrême, ou EUV, car il utilise la lumière ultraviolette avec une longueur d'onde extrêmement courte.
Les systèmes de nanolithographie ultraviolette extrême n'utilisent pas de techniques d'immersion. Au lieu de cela, le trajet de la lumière et les tranches qui sont traitées sont dans le vide parce que l'air ou l'eau bloquerait le faisceau EUV.
