En vedette - Démasquer la fabrication de micropuces pour révéler les nouveaux marchés potentiels
La lithographie pour semiconducteurs est le processus par lequel les micropuces sont imprimées dans de petits canaux et portes au cœur des transistors constituant le circuit intégré (CI) moderne. Grâce à la technique baptisée «lithographie sans masques» (ML2), des chercheurs du projet MAGIC («Maskless lithography for IC manufacturing») entrent dans une nouvelle ère de la production de CI à petite échelle qui accélérera et simplifiera le processus à moindre coût. La fabrication actuelle des micropuces a recours à une technique de lithographie optique à masques qui utilise essentiellement un modèle pour définir le schéma du circuit désiré. Il s'agit d'un processus ayant longtemps été utilisée dans l'industrie des micropuces grâce à son efficacité. Mais les masques sont chers et la fabrication d'un masque peut coûter jusqu'à plusieurs milliers d'euros. Une seule puce requiert plusieurs de ces masques. Ainsi, le coût total du masque augmente considérablement en fonction de la sophistication et de la miniaturisation de la puce. C'est pour cette raison que MAGIC a étudié le potentiel d'une technologie sans masques pour lutter contre l'augmentation des coûts des masques de semiconducteurs. En effet, la lithographie à masques devient de plus en plus complexe à chaque progrès réalisé dans la technologie lithographique. Par exemple, la correction de proximité optique est une technique qui compense les effets de distorsion souvent observés le long des canaux de circuits, tandis que les masques de changement de phase utilisent l'interférence produite par les différences de phase au niveau de la luminosité pour améliorer la résolution de la photolithographie. Les deux techniques sont nécessaires pour compenser les problèmes rencontrés en renforçant les techniques lithographiques. Ainsi, la sophistication progressive de la lithographie entraîne la hausse des coûts de fabrication des masques. Ainsi, les masques requièrent des matériaux plus performants et onéreux et des processus de production chronophages. «Il existe un réel besoin pour une lithographie sans masques, car les coûts associés à la fabrication des masques jouent un rôle important dans les frais généraux du régime de propriété de la technique», explique Laurent Pain, coordinateur du projet MAGIC. La technologie ML2 fait appel à des principes à multiples faisceaux. En réalité, un large faisceau d'électrons est fixé par une ouverture. Celle-ci peut partager le faisceau en un millier, voire même un million de faisceaux plus petits. Ces faisceaux passent au travers d'un élément actif d'un système mécanique micro-électrique (MEMS) appelé éliminateur, qui contrôle chaque faisceau individuellement. Certains faisceaux sont soit déviés, soit éliminés, tandis que d'autres passent pour créer le circuit de micropuces désiré. Assister l'industrie européenne de microélectronique Les fabricants industriels à grande échelle, tels qu'Intel et Samsung, se concentrent sur la production massive de microprocesseurs ou puces à mémoire. Pour eux, l'impact de l'augmentation des coûts de la lithographie est moins important car les coûts associés sont distribués sur d'énormes cycles de production impliquant des millions de puces. Mais les entreprises développant les circuits ASIC («Application specific integrated circuits») et les petites et moyennes entreprises (PME) subissent les conséquences des frais élevés. Il s'agit d'un gros problème pour l'Europe car la majorité des entreprises exploitant cette technologie sont des PME. Ce problème est également technologique car les coûts élevés de fabrication de micropuces à petite échelle empêche l'innovation; les nouveaux marchés ne peuvent pas en bénéficier si les appareils innovants sont trop chers lorsqu'ils sont fabriqués en petits nombres. Le concept de la technique sans masques est déjà soutenu par certains fabricants de circuits CMOS (complementary metal oxide semiconductor) internationaux, comme TSMC à Taïwan et STMicroelectronics en France. Même Intel, lors de récentes conférences industrielles, a évoqué le potentiel de cette technologie en tant que solution complémentaire à la lithographie optique. Cela signifie que la technologie a un avenir prometteur et renforce l'attractivité de la R&D. Tester les technologies à faisceaux multiples MAGIC, le projet collaboratif de l'UE, a tenté de développer des technologies ML2 pour concevoir des prototypes alpha à des fins de tests. Deux partenaires, le groupe néerlandais MAPPER Lithography et IMS Nanofabrication en Autriche, ont déjà réalisé des progrès en terme de conception de circuits intégrés à haute résolution en utilisant la lithographie électronique sans masques, confirmant la capacité de cette technologie et la position de leader de ces deux entreprises européennes dans ce domaine. La moitié des travaux de MAGIC portaient sur le développement des outils créés par MAPPER et IMS. Ainsi, une grande gamme de technologies a vu le jour, dont l'outil MAPPER fonctionnant sur la base de faisceaux d'électrons sous faible tension, alors qu'IMS a développé un système de faisceaux à haute tension. Le projet a apporté des prototypes de version alpha correspondant aux critères de fabrication de semiconducteurs fonctionnant selon la technologie 32 nanomètres en demi. Le «demi» se réfère à la taille des lignes et espaces séparant un élément d'un autre sur la micropuce. «Au cours des trois ans du projet, les deux plateformes ont poussé la maturité de leur technologie respective depuis l'étape de la validation a l'étape pré-alpha», fait remarquer le Dr Pain, ajoutant qu'«à l'heure actuelle, les deux solutions ont progressé, soulignant la crédibilité de la lithographie sans masques». La seconde moitié des travaux de MAGIC a tenté de développer l'infrastructure nécessaire pour utiliser ces outils dans un environnement industriel, les travaux ont été répartis en trois domaines principaux: le traitement de données, les effets de proximité de faisceaux d'électrons et l'intégration industrielle. MAGIC a développé une plateforme de préparation de données commerciales robuste et rapide, compatible avec les normes industrielles pouvant soutenir totalement un système de production sans masques. La plateforme compense également les effets de proximité de faisceaux d'électrons associés à ML2. Il s'agit là d'un développement crucial. L'interaction générale de faisceaux d'électrons sur le substrat, ainsi que les effets de réchauffement possible, doit être compensée pour assurer la modélisation précise du microcircuit. Les solutions développées dans le cadre du projet éliminent ce problème en appliquant les corrections appropriées. Enfin, le projet a démontré dans des conditions réelles que la technologie ML2 peut être intégrée dans des environnements de fabrication utilisant des plateformes développées par les partenaires. «2010 était une année importante pour MAGIC», remarque M. Pain. «Cette année, nous avons confirmé le potentiel complet de la lithographie à faisceaux d'électrons massivement parallèles. Pour les technologies développées, des machines opérationnelles ont été construites pour démontrer les principaux éléments fonctionnels». La technique est prometteuse mais est en développement depuis très longtemps. IMS Nanofabrication avait évoqué pour la première fois le concept de la lithographie sans masques en 1980, mais les technologies nécessaires n'existaient pas encore à l'époque. Les récents efforts pour soutenir l'introduction de la lithographie sans masques ont démarré en 2005 avec un autre projet de l'UE appelé RIMANA («Radical innovation in maskless nanolithography») et les projets T408 T409 de MEDEA+. Désormais, MAGIC a considérablement renforcé la position de l'Europe dans la fabrication de semiconducteurs ML2. Le projet MAGIC a reçu un financement au titre du septième programme-cadre (7e PC) de l'UE, dans le cadre de la lignée budgétaire TIC. Liens utiles: - Projet «Maskless lithography for IC manufacturing» - archives de données du projet MAGIC sur CORDIS Articles connexes: - Un projet européen développe un système de test de santé «instantané» - Un projet financé par l'UE développe un langage de spécification des circuits intégrés - Pas de limites aux circuits intégrés sur silicium