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Lithographie démasquée
Alors que les consommateurs s'attendent à ce que tout, des téléphones portables aux animaux en peluche, soit doté d'une puissance de calcul importante, les fabricants sont sous pression pour produire des micropuces toujours plus rapides et moins chères. Mais fabriquer des puces informatiques à l'aide de la photolithographie - la technique de fabrication standard - coûte extrêmement cher. Une partie importante de ce coût est constituée des masques en forme de pochoir qui filtrent le faisceau lumineux utilisé pour modeler des millions de transistors sur une puce. En effet, la fabrication d'une seule puce de silicium peut nécessiter jusqu'à 30 masques coûtant plus d'un million de dollars - et à mesure que les transistors sur une puce continuent de rétrécir, le coût des masques ne fait qu'augmenter.
Pas étonnant, alors, que les chercheurs se précipitent pour développer des moyens de supprimer complètement les masques. L'un des efforts les plus prometteurs, dirigé par Henry Smith, directeur du laboratoire NanoStructures du MIT, utilise un ensemble de minuscules miroirs, chacun d'à peine 16 micromètres de diamètre, pour diriger la lumière à travers des lentilles microscopiques ; chaque lentille focalise un faisceau de lumière sur un point de la plaquette de silicium, et plus la lentille est puissante, plus le point est petit. En inclinant les miroirs individuels d'avant en arrière, un ordinateur peut allumer et éteindre des faisceaux individuels pendant que l'ensemble de la configuration balaye la plaquette. Avec jusqu'à un million de miroirs, le système pourrait créer le même motif complexe sur la puce de silicium qui nécessiterait normalement une série de masques.
Cette histoire faisait partie de notre numéro de septembre 2001
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Jusqu'à présent, le groupe de Smith a utilisé le système pour modéliser des puces de 350 nanomètres de large à 40 % plus larges que celles des meilleures puces d'aujourd'hui. Mais les simulations informatiques prédisent que la technologie MIT peut générer des caractéristiques aussi petites ou même plus petites que celles dérivées de la lithographie conventionnelle en passant à des longueurs d'onde de lumière plus courtes.
À l'Université de Californie à Berkeley, un groupe dirigé par l'ingénieur électricien William Oldham adopte une approche similaire ; mais là où le groupe MIT s'est concentré sur l'augmentation de la puissance des lentilles pour créer des fonctionnalités plus petites, les chercheurs de Berkeley réduisent la taille des miroirs. Sans augmenter la puissance des lentilles, pour obtenir des motifs plus petits, vous avez besoin de miroirs plus petits, explique Yashesh Shroff, un étudiant diplômé du laboratoire d'Oldham.
Actuellement, l'équipe d'Oldham fabrique des miroirs mesurant seulement un micromètre de diamètre. Personne n'a jamais fabriqué de si petits miroirs auparavant, dit Shroff. D'ici cinq ans, ajoute-t-il, les chercheurs espèrent disposer d'un système complet capable de graver des éléments de 50 nanomètres de large ou moins dans des puces de silicium.
Les technologies sans masque pourraient offrir aux concepteurs de puces une flexibilité sans précédent. Si vous voulez tester une conception par jour, vous ne pouvez pas vous permettre de construire un masque d'un million de dollars par jour, explique Dan Herr, directeur de la recherche en science des matériaux et des procédés à la Semiconductor Research Corporation soutenue par l'industrie à Research Triangle Park, NC. Avec les micromiroirs, en revanche, un concepteur pourrait simplement reprogrammer la matrice. Et la technique pourrait rendre la fabrication de puces personnalisées pour des choses comme la synthèse de la parole dans des jouets ou la lecture de MP3 dans des ordinateurs de poche - des puces fabriquées en quantités beaucoup plus petites que, disons, les processeurs Pentium - beaucoup plus rentables. Supposons que je veuille fabriquer une puce pour un ours en peluche parlant, mais je m'attends à n'en vendre que 2 000, explique l'ingénieur David Carter, membre du groupe MIT. Maintenant, avec des coûts de masque à un million de dollars, qui va payer 500 $ pour un ours en peluche ?
Une plus grande flexibilité et un coût inférieur pourraient également être une aubaine pour d'autres industries poursuivant les applications émergentes de la lithographie. Smith, par exemple, pense que sa technologie sera bien adaptée pour modéliser les chambres et les canaux qui aident à traiter les échantillons biologiques dans les puces microfluidiques, qui pourraient être utilisées pour la découverte de médicaments ou dans les appareils de diagnostic portables.
Les observateurs suggèrent que l'équipe du MIT est la plus proche d'un produit qui remplacerait les masques ; les chercheurs espèrent mettre sur le marché un dispositif commercial à miroir et lentille pour le prototypage de puces dans un an ou deux. Pourtant, les fabricants de puces prennent également note des efforts de lithographie à Berkeley, à l'Université de Stanford et à l'Université du Texas à Austin. Jusqu'à il y a environ deux ans, toute cette technologie sans masque était considérée comme un ciel très bleu, dit Herr. Mais les progrès des logiciels et des technologies de fabrication de micro-miroirs, associés au coût croissant des méthodes de production existantes, pourraient faire sortir la lithographie sans masque du laboratoire et les rendre dans les usines de fabrication d'ici quatre à cinq ans, explique Herr.
Si et quand cela se produira, cela fera tomber un obstacle de plus à l'innovation informatique.