Trois équipes américaines ont développé indépendamment trois procédés de lithographie optique à deux lasers

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Dans la course à la miniaturisation des circuits, la lithographie optique - un procédé optique permettant la gravure des fines structures des microprocesseurs et des mémoires - pourrait atteindre prochainement ses limites. En effet, la précision obtenue par les techniques utilisées actuellement, est fortement limitée par la longueur d’onde du rayon appliqué. Mais ceci pourrait changer grâce aux travaux indépendants de trois équipes d’experts en optique, qui outre le fait d’améliorer la précision pourrait rendre la lithographie optique également moins coûteuse.

Les trois méthodes se sont inspirées du travail de Stefan Hell de l’institut Max Plank de Göttingen. En 2005 Hell était parvenu à augmenter la résolution d’un microscope optique à fluorescence [1], utilisé principalement en biologie, au-delà des limites attendues. Dans la microscopie à fluorescence, la résolution est déterminée par la taille du point obtenu par un laser sur un matériau. Hell et ses collègues sont parvenus à réduire de façon très significative la taille des points en faisant suivre le premier laser par un second d’une longueur d’onde plus grande. Calibré adéquatement, le second laser peut créer un anneau lumineux au lieu d’un point. L’interaction des champs électromagnétiques des deux lasers "compresse" le point créé par le premier laser. Hell a appelé cette technique "stimulated emission depletion (STED) microscopy".

Inspiré par cette technique, Rajesh Menon et ses collègues du MIT ont développé une méthode de photolithographie obtenue grâce à l’ajout d’une fine pellicule de matériau photochromique, un matériau dont la couleur et la transparence change au contact de la lumière. En appliquant simultanément deux lasers de longueur d’onde différente sur la pellicule, l’équipe a pu obtenir un masque de haute précision. Les interférences créées par la différence de longueurs d’ondes induisent en effet des raies très fines de brillance et d’opacité. La pellicule photochromique réagissant alors avec les raies brillantes, les chercheurs ont obtenu des traits de transparence d’épaisseur très fine, créant ainsi le masque de haute précision. Menon a utilisé le procédé pour imprimer de la technologie 35 nm mais il affirme qu’il serait possible de parvenir jusqu’à des tailles de 10 nm.

Les deux autres groupes ont développé quant à eux une approche différente. Plutôt que d’ajouter une pellicule supplémentaire ils se sont focalisés sur les propriétés de la photorésine. L’équipe de l’université de Colorado, menée par le professeur Mcleod a ainsi conçu une photorésine liquide toute particulière. Composée de monomères spécialement choisis pour cette application, elle se durcit au contact de la lumière bleue, par un processus de polymérisation, mais cette réaction est inhibée au contact d’ultraviolets. A l’aide de deux rayons, un bleu et un ultraviolet, utilisés simultanément, les chercheurs sont parvenus à une très grande précision de trait, le bleu permettant de tracer la ligne et l’UV permettant d’effacer les bords. John Fourkas et ses collègues de l’université du Maryland ont utilisé une approche similaire, excepté qu’ils ont utilisé deux rayons lumineux de même couleur. La différence étant que le laser utilisé pour créer la polymérisation produit des points en rafales alors que le laser utilisé pour inhiber la polymérisation est appliqué constamment. Le nom de cette technique a été appelé RAPID (Resolution Augmentation through Photo-Induced Deactivation)

Si ces trois technologies ne semblent pas être encore prêtes pour une utilisation industrielle immédiate, elles promettent néanmoins des coûts de production réduits dans les années à venir. C’est d’ailleurs ce que confirme David Back [2] : "le coût de la lithographie à deux lasers devrait être une fraction de ceux induis par la lithographie aux ultraviolets, qui selon les constructeurs de puce est attendue pour la prochaine décade".

[2] David Back, a dirigé des programmes de développement des semi-conducteurs au Albany Nanotech R&D center, à New York.

Source :


- "Two-Laser Lithography Shrinks Transistors" : Saswato Das - June 2009 - http://spectrum.ieee.org/semiconductors/devices/twolaser-lithography-shrinks-transistors-on-the-cheap
- "New Laser Technique Advances Nanofabrication Process" : University of Maryland - 4/09/09 - http://www.newsdesk.umd.edu/scitech/release.cfm?ArticleID=1862
- "Novel CU-Boulder Technique Shrinks Size of Nanotechnology Circuitry" : University of Colorado - 4/16/09 - http://www.colorado.edu/news/r/16a54bec31b4975fd77eccb00a0f3047.html
- "New method could lead to narrower chip patterns" : MIT - 4/09/09 - http://web.mit.edu/newsoffice/2009/nanopatterning-0409.html

Pour en savoir plus, contacts :

[1] "La microscopie à fluorescence" : article de Wikipédia : http://fr.wikipedia.org/wiki/Microscopie_%C3%A0_fluorescence
Code brève
ADIT : 59398

Rédacteur :

Arnaud Souillé, deputy-stic.mst@consulfrance-sanfrancisco.org

Voir en ligne : http://www.bulletins-electroniques….