Pourquoi la lithographie des puces est-elle mesurée en nanomètres ?

Vous avez peut-être remarqué que lorsque nous parlons de lithographie ou de processus de fabrication de puces, y compris de processeurs, nous parlons de nanomètres dans leurs dimensions. Dans cet article, nous expliquerons pourquoi c’est cette unité de mesure, et non une autre, qui est utilisée pour parler des transistors des puces que nous utilisons au quotidien, et nous ferons un retour en arrière pour avoir une idée de la taille d’un de ces fameux nanomètres.

Comme vous le savez peut-être, les puces des processeurs sont constituées principalement de transistors microscopiques et si petits qu’ils doivent être mesurés en nanomètres. Mais avant d’examiner la perspective, voyons pourquoi une si petite mesure était nécessaire.

La nanolithographie et l’utilisation des nanomètres

Nanotechnologie, nanométrie, nanorobots… Le préfixe nano est aujourd’hui si courant qu’il est devenu un cliché, et ce grâce à une technique appelée nanolithographie, qui permet de placer des milliers de transistors sur une seule puce. Du grec, le mot peut être divisé en trois parties : “nano” signifie nain, “litho” signifie pierre et “graph” signifie écriture, de sorte que, littéralement, la nanolithographie signifie “écriture naine sur pierre”. Mais pourquoi ?

La nanolithographie est née de la nécessité d’augmenter le nombre de transistors sur un circuit intégré pour maintenir la loi de Moore. Bien que les techniques lithographiques existent depuis la fin du XVIIIe siècle, elles n’ont été appliquées aux structures nanométriques qu’au milieu des années 1950. Aujourd’hui, le terme est utilisé pour décrire la conception de structures de 10-9-10-6 mètres.

Avec le développement de l’industrie des semi-conducteurs, la demande de technologies permettant la fabrication de structures à l’échelle micro et nanométrique a considérablement augmenté. La photolithographie a été appliquée pour la première fois à ces structures en 1958, ouvrant l’ère de la nanolithographie et, avec elle, la nécessité de commencer à mesurer des quantités à l’échelle nanométrique. Depuis lors, la photolithographie est devenue la technique commerciale la plus aboutie pour produire des étalons de moins de 100 nm.

Quelle est la taille d’un nanomètre ?

Les unités de mesure les plus courantes sont sans aucun doute les kilomètres, les mètres, les centimètres et les millimètres. C’est normal si l’on considère que l’homme moyen mesure un peu plus d’un mètre soixante dix, ou que notre cerveau mesure entre 13 et 17 centimètres de long, alors qu’un objet aussi petit qu’une mouche peut mesurer entre 5 et 8 millimètres. Cependant, il est difficile d’imaginer des tailles plus petites, surtout quand on sait qu’un nanomètre équivaut à 0,000000001 mètre, soit 10^-9 mètres.

Réduisons encore la taille : les tiques, que nous ne pouvons plus voir à l’œil nu, ont une longueur de 0,2 à 0,5 millimètre, tandis que les poils ont une épaisseur d’environ 80 micromètres (0,08 millimètre). Cependant, cela reste bien plus qu’un nanomètre, alors descendons encore plus bas et nous pouvons trouver des globules rouges qui font 5  à 7,5 micromètres ou même des bactéries qui font 0,5 à 5 micromètres de long.

Pour faire face à des virus qui finissent par atteindre 100 nanomètres, nous devons beaucoup plus réduire la taille. Aujourd’hui, une taille courante et même trop grande pour nous, amateurs de matériel informatique, est de 10 nm. Les protéines et les lipides ont donc une taille d’environ 5 nanomètres. Si nous réduisons la taille à 1 nanomètre, nous obtenons quelque chose comme un brin d’ADN.

Notez la taille des transistors : les transistors utilisés dans les processeurs actuels ne sont que légèrement plus grands que l’ADN, et si nous pouvions réduire encore la taille et atteindre 0,1 nanomètre, nous parlerions d’échelle atomique et non nanométrique.

Comme vous pouvez l’imaginer, le traitement des nanomètres pour fabriquer des puces relève du miracle, et il s’avère que le traitement à cette taille est de plus en plus complexe et coûteux.