Photolithographie : une prouesse technique bouleverse l’industrie des puces

Les avancées technologiques dans le domaine de la miniaturisation des puces informatiques continuent de repousser les limites de l’infiniment petit. Des chercheurs suisses ont récemment réalisé une prouesse technique qui pourrait transformer l’industrie des semi-conducteurs.

L’Institut Paul Scherrer (PSI) en Suisse a franchi une étape importante dans l’amélioration de la résolution de la photolithographie. Une équipe de chercheurs dirigée par Iason Giannopoulos, Yasin Ekinci et Dimitrios Kazazis du Laboratoire des sciences et technologies des rayons X à l’échelle nanométrique a mis au point une technique permettant de créer des motifs de circuits encore plus denses.

Les résultats de leurs travaux ont été publiés dans la revue scientifique Nanoscale. Actuellement, les micropuces possèdent des pistes conductrices séparées par une distance typique de 12 nanomètres. Les chercheurs du PSI sont parvenus à produire des pistes avec un espacement de seulement 5 nanomètres. Cette réduction significative permet de concevoir des circuits beaucoup plus compacts qu’auparavant.

Iason Giannopoulos a déclaré : «Notre travail met en évidence le potentiel de structuration de la lumière. Il s’agit d’un pas en avant significatif pour l’industrie et la recherche.»

La photolithographie est utilisée depuis des décennies pour la fabrication des composants électroniques. En 1970, une micropuce ne pouvait accueillir qu’environ 1000 transistors. Aujourd’hui, une surface à peine plus grande que le bout d’un doigt peut contenir près de 60 milliards de composants.

Le processus de photolithographie implique le revêtement d’une plaquette de silicium avec une couche photosensible, appelée photorésist. Un motif lumineux correspondant au plan du microcircuit est ensuite projeté, modifiant les propriétés chimiques du photorésist. Un traitement ultérieur élimine les régions exposées ou non exposées, laissant derrière elles les pistes conductrices formant le motif souhaité.

Pendant longtemps, l’industrie a utilisé la lumière ultraviolette profonde (DUV) avec une longueur d’onde de 193 nanomètres. Depuis 2019, les fabricants emploient la «lumière ultraviolette extrême» (EUV) à 13,5 nanomètres pour la production de masse. Cette technique permet l’impression de structures encore plus fines, jusqu’à 10 nanomètres et moins.

Les chercheurs du PSI ont étendu la lithographie EUV conventionnelle en exposant l’échantillon de manière indirecte plutôt que directe. Dans la lithographie par interférence de miroirs EUV, deux faisceaux mutuellement cohérents sont réfléchis sur la plaquette par deux miroirs identiques. Le groupe a réussi à atteindre des résolutions, c’est-à-dire des séparations de pistes, de seulement 5 nanomètres en une seule exposition.

Observées au microscope électronique, les pistes conductrices présentaient un contraste élevé et des bords nets. Dimitrios Kazazis a commenté : «Nos résultats montrent que la lithographie EUV peut produire des résolutions extrêmement élevées, indiquant qu’il n’y a pas encore de limitations fondamentales. Cela élargit l’horizon de ce que nous considérons comme possible.»

Bien que cette approche ne soit pas encore applicable à la production industrielle de puces en raison de sa lenteur et de sa capacité limitée à produire des structures complexes, elle offre une méthode pour le développement précoce de photorésists nécessaires à la future production de puces avec une résolution actuellement inatteignable dans l’industrie.

L’équipe prévoit de poursuivre ses recherches en utilisant un nouvel outil EUV au SLS, attendu d’ici fin 2025. Ce nouvel outil, associé au SLS 2.0 actuellement en cours de mise à niveau, offrira des performances et des capacités considérablement améliorées.

Ces avancées technologiques dans le domaine de la miniaturisation des puces informatiques ouvrent la voie à des dispositifs électroniques encore plus puissants et efficaces, tout en réduisant leur taille et leur consommation d’énergie.

Légende illustration : Iason Giannopoulos avec une partie de l’appareil utilisé pour réaliser les expériences à la Source de Lumière Suisse SLS. Institut Paul Scherrer PSI/Mahir Dzambegovic.