Critère de Rayleigh, expliqué: la proximité de la limite physique du silicium nous rappelle que cette équation nous dit jusqu’où nous pouvons aller

Si tout se passe comme prévu par IBM et TSMC, en 2023, la production à grande échelle de semi-conducteurs commencera à utiliser Photolithographie 2 nm. Cette technologie d’intégration est littéralement au coin de la rue. Et il ne faudra probablement pas beaucoup plus de temps aux autres grands fabricants de semi-conducteurs pour introduire ce procédé photolithographique dans certaines de leurs fonderies.

Lorsque nous parlons de production de semi-conducteurs, il est inévitable que nous pensons tous à TSMC, Samsung, Intel et GlobalFoundries. Après tout, ce sont ces entreprises qui représentent une grande partie de la production mondiale de puces. Cependant, tous utilisent la technologie développée par une entreprise européenne beaucoup moins connue, et qui, sans aucun doute, a beaucoup à dire sur ce marché: ASML.

ASML conçoit et fabrique les équipements photolithographiques utilisés par la plupart des fabricants de semi-conducteurs dans leurs fonderies

Comme nous vous l’avons dit dans l’article que je lie ici, cette société des Pays-Bas appartient à Philips, et conçoit et fabrique équipement photolithographique utilisé par la plupart des fabricants de semi-conducteurs dans leurs fonderies. En fait, les quatre entreprises que j’ai mentionnées dans le paragraphe précédent sont vos clients.

La proximité de la lithographie à 2 nm nous rapproche inévitablement de la limite physique imposée par la technologie du silicium, nous sommes donc à un moment idéal pour revoir l’équation qui reflète quels sont les paramètres qui miniaturisation de l’état des éléments qui composent un circuit intégré.

Critère de Rayleigh, expliqué

L’équation dans laquelle nous allons nous plonger est la Bible ASML. Je n’exagère pas du tout. En fait, c’est quelque chose que les chercheurs de cette entreprise reconnaissent sans hésitation. C’est la raison pour laquelle il vaut la peine de le revoir dans le seul but de savoir, comme je l’ai mentionné quelques lignes ci-dessus, quels paramètres déterminent le développement de la technologie d’intégration. C’est l’équation connue sous le nom de Critère de Rayleigh:

Un bateau apparaît bientôt comme une formule compliquée, mais, en réalité, ce n’est pas tant si l’on sait ce que chacun des termes de l’équation représente. Je suggère que nous les examinions un par un de gauche à droite. Le premier d’entre eux, ‘CD’, vient de l’expression anglaise dimension critique, et identifiez dans quelle mesure il est possible de miniaturiser les composants qui composent un circuit intégré.

Comme on peut le deviner, c’est le paramètre que les fabricants de semi-conducteurs veulent réduire à tout prix. En fait, tous, et en particulier ASML, consacrent énormément de ressources au développement de technologies qui permettent affiner la dimension critique, qui nous invite à jeter un regard sur l’expression que nous avons du côté droit de l’égalité mathématique.

Les fabricants de semi-conducteurs consacrent d’énormes ressources au développement de technologies permettant d’affiner la dimension critique («  CD  »)

Le facteur «k₁» est un coefficient délimité par les paramètres physiques qui déterminent le processus de fabrication des semi-conducteurs. Ce que nous voulons prendre en compte, c’est que la limite physique imposée par la photolithographie au silicium est «k₁ = 0,25»Ainsi, comme on peut le deviner, les industriels mettent tout en œuvre pour affiner leur technologie et rapprocher au maximum ce coefficient de cette valeur limite.

Le paramètre suivant, identifié par la lettre grecque lambda (‘λ’), nous dit ce qui est la longueur d’onde de la lumière utilisé dans le processus de fabrication des semi-conducteurs. L’un des défis les plus importants auxquels sont confrontées les entreprises dont nous parlons est précisément de réduire la longueur d’onde de la lumière afin d’augmenter la résolution du processus photolithographique.

Cependant, chaque pas en avant qu’ils prennent sur cette voie nécessite le développement de nouveaux équipements lithographiques, de nouvelles sources de lumière (généralement la lumière ultraviolette est utilisée), de nouvelles optiques, de nouveaux matériaux photorésistants, ainsi qu’un nouveau procédé de fabrication. Bref, chaque fois qu’une fonderie réduit la longueur d’onde de la lumière qu’elle projette sur ses plaquettes, elle est obligée de changer le plus de ses équipements et de son procédé de fabrication.

Le dernier ingrédient de la recette qui nous intéresse est le paramètre ‘NA’ (ouverture numérique), qui identifie la valeur d’ouverture de l’optique utilisé par l’équipement lithographique. Dans ce contexte, ce paramètre reflète essentiellement le même que la valeur d’ouverture lorsque l’on parle de l’optique d’une caméra, il détermine donc la quantité de lumière que les éléments optiques sont capables de collecter. Comme nous pouvons le deviner, plus ils collectent de lumière, mieux c’est.

Pour conclure, la conclusion que nous pouvons tirer après avoir analysé les informations fournies par le critère de Rayleigh est que pour augmenter la résolution de leur processus photolithographique, les producteurs de semi-conducteurs sont obligés de affiner les trois paramètres qui coexistent dans l’expression du côté droit de l’équation.

Lorsque TSMC, Intel, Samsung ou GlobalFoundries, parmi d’autres fabricants de semi-conducteurs, annoncent qu’ils ont une nouvelle technologie d’intégration en préparation, ce qu’ils nous disent entre les lignes, c’est qu’ils ont réussi à réduire la longueur d’onde de la lumière qu’ils utilisent dans leur procédés lithographiques., affinant leurs éléments optiques pour augmenter leur capacité à capter la lumière, et peut-être aussi qu’ils ont réussi à se rapprocher un peu plus de la limite physique imposée par la photolithographie au silicium. À ce ‘k₁ = 0,25’. Ni plus ni moins.

Image de couverture | ASML