L'ingénieur électricien Stefanos Andreou a construit un capteur avec une précision extraordinaire inférieure à la taille d'un atome.

Pour faire des ordinateurs plus rapides, vous avez besoin de puces plus petites. Le doctorant d'origine chypriote Stefanos Andreou a construit un capteur avec lequel des déformations mesurant moins que la largeur d'un atome peuvent être mesurées. Le constructeur de machines à puce ASML peut être en mesure d'utiliser cette technologie pour améliorer la précision de ses machines.

En utilisant les dernières machines d'ASML, des puces informatiques peuvent être produites dont les détails ne mesurent pas plus d'une poignée de nanomètres. Ce n'est pas une mince affaire quand on sait qu'un million de nanomètres rentrent dans un seul millimètre. Les circuits électriques d'une telle puce sont réalisés par lithographie :un motif est gravé sur une tranche de silicium à l'aide de lumière ultraviolette. Comme la production de puces nécessite l'empilement de plusieurs motifs les uns sur les autres, le positionnement de la tranche de silicium (mieux connu sous le nom de wafer) est une question de grande précision.

La moindre déformation des plaquettes pose problème, explique le doctorant Stefanos Andreou. "Ces plaquettes sont en fait assez rigides, mais parce qu'ils se déplacent à une si grande vitesse, ils sont soumis à des forces g qui les déforment légèrement. La mesure de cette déformation donne à ASML la possibilité de la compenser d'une manière ou d'une autre, et ouvre la possibilité de produire des puces encore plus petites. » Cela a incité le Chypriote à consacrer son travail de doctorat à la conception d'un capteur spécial, à base de fibre de verre, capable de mesurer ces déformations de l'ordre d'un nanomètre par mètre.

Précision extraordinaire

L'idée derrière ce capteur super précis est que les écarts dans la fréquence de la lumière laser peuvent être mesurés avec une précision extraordinaire - un principe qui est appliqué dans ce qu'on appelle un réseau de fibre de Bragg - une sorte de fibre de verre traitée de telle manière qu'elle devient opaque pour une couleur très spécifique (lire :fréquence) de lumière. Cette fréquence de résonance, comme on l'appelle, dépend du degré d'étirement de la fibre.

Par conséquent, un réseau de Bragg à fibres (FBG), appliqué aux pièces mobiles dans la machine à copeaux, peut être utilisé comme mesure de la déformation de la plaquette, explique Andréou. Assisté de l'étudiant en master Roel van der Zon, lui-même maintenant un doctorat. candidat à Valence, Andreou a testé en laboratoire un système de mesure basé sur ce type de capteur FBG. "En pratique, ASML aurait besoin de dizaines de ces capteurs, mais ce n'est pas un problème :ils peuvent être produits à moindre coût et ne pèsent presque rien."

Le doctorant tient à souligner que la précision atteinte à 5 nanomètres par mètre permet de mesurer dans le capteur lui-même, de quelques centimètres seulement, une déformation de quelques dizaines de picomètres. "C'est moins que le diamètre d'un atome !" Avant que ce niveau de précision improbable puisse être atteint, cependant, un certain nombre de problèmes devaient être résolus.

Température

Premièrement, des techniques de stabilisation sophistiquées étaient nécessaires pour garantir que la lumière laser utilisée - générée par une puce photonique produite par Smart Photonics, un spin-off du groupe de recherche sur l'intégration photonique où Andreou a mené ses recherches - avait exactement la bonne fréquence. Mais le plus grand défi était peut-être le fait que la fréquence de résonance du capteur dépend non seulement de la déformation, mais aussi la température. "Cet effet est en fait beaucoup plus grand, " explique Andreou. " Quand la température change d'un millième de degré Celsius, il provoque un écart de mesure équivalent à dix nanomètres de déformation par mètre."

Pour compenser les inévitables fluctuations de température, Andreou a divisé la lumière laser utilisée pour la mesure en deux composants :« Pour chacun de ces composants, ou états de polarisation, la fibre affiche une relation différente entre la température et la fréquence de résonance." Cela annule l'effet de la température, permettant de déterminer très précisément la déformation. Environ dix fois plus précisément qu'auparavant, selon le doctorant. "Et une fois le système entièrement optimisé, il devrait être possible d'améliorer cela."

Mais le Chypriote lui-même n'est plus concentré sur ce défi; il travaille maintenant comme post-doctorant à la TU Delft. "ASML a livré une partie de l'équipement utilisé dans mon projet et maintenant un projet de suivi avec ASML est en cours. Mon travail est donc en cours de développement."