(Phys.org) - Des chercheurs de l'Université de l'Illinois disposent d'une nouvelle méthode peu coûteuse pour graver des caractéristiques délicates sur des plaquettes semi-conductrices à l'aide de la lumière - et observez ce qui se passe.

"Vous pouvez utiliser la lumière pour imager la topographie et vous pouvez utiliser la lumière pour sculpter la topographie, " a déclaré Gabriel Popescu, professeur de génie électrique et informatique. " Cela pourrait changer l'avenir de la gravure des semi-conducteurs. "

Les fabricants de puces et les chercheurs en semi-conducteurs doivent contrôler très précisément les dimensions de leurs appareils. Les dimensions des composants affectent les performances, la vitesse, taux d'erreur et délai avant défaillance.

Les semi-conducteurs sont généralement façonnés par gravure avec des produits chimiques. Erreurs de gravure, telles que les couches résiduelles, peut affecter la capacité de traitement et de gravure ultérieurs, ainsi que nuire aux performances de l'appareil. Ainsi, les chercheurs utilisent des processus longs et coûteux pour assurer une gravure précise - pour certaines applications, à quelques nanomètres près.

La nouvelle technique des chercheurs de l'Illinois peut surveiller la surface d'un semi-conducteur pendant sa gravure, en temps réel, avec une résolution nanométrique. Il utilise un type spécial de microscope qui utilise deux faisceaux de lumière pour mesurer très précisément la topographie.

"L'idée est que la hauteur de la structure peut être déterminée au fur et à mesure que la lumière se réfléchit sur les différentes surfaces, " a déclaré Lynford Goddard, professeur de génie électrique et informatique, qui a codirigé le groupe avec Popescu. "En regardant le changement de hauteur, vous déterminez le taux de gravure. Ce que cela nous permet de faire, c'est de le surveiller pendant qu'il grave. Il nous permet de déterminer le taux de gravure à la fois dans le temps et dans l'espace, car nous pouvons déterminer le taux à chaque emplacement de la plaquette semi-conductrice qui se trouve dans notre champ de vision."

La nouvelle méthode est plus rapide, moins cher, et moins bruyant que les méthodes largement utilisées de microscopie à force atomique ou de microscopie à effet tunnel, qui ne peut pas surveiller la gravure en cours mais seulement comparer avant et après les mesures. En outre, la nouvelle méthode est purement optique, il n'y a donc aucun contact avec la surface du semi-conducteur et les chercheurs peuvent surveiller l'ensemble de la plaquette à la fois au lieu de point par point.

"Je dirais que le principal avantage de notre technique optique est qu'elle ne nécessite aucun contact, " a déclaré Popescu. " Nous ne faisons qu'envoyer de la lumière, réfléchi sur l'échantillon, par opposition à un AFM où vous devez venir avec une sonde près de l'échantillon."

En plus de surveiller le processus de gravure, la lumière catalyse le processus de gravure lui-même, appelée gravure photochimique. La gravure chimique traditionnelle crée des caractéristiques par étapes ou plateaux. Pour les surfaces courbes ou autres formes, les chercheurs en semi-conducteurs utilisent la gravure photochimique. D'habitude, la lumière brille à travers des plaques de verre très chères appelées masques qui ont des motifs distincts de gris pour laisser passer la lumière par degrés. Un chercheur doit acheter ou fabriquer un masque pour chaque modification d'un motif jusqu'à ce que le bon motif de caractéristiques soit obtenu.

Par contre, la nouvelle méthode utilise un projecteur pour faire briller une image en niveaux de gris sur l'échantillon en cours de gravure. Cela permet aux chercheurs de créer des motifs complexes rapidement et facilement, et ajustez-les au besoin.

"Créer chaque masque coûte très cher. C'est peu pratique pour la recherche, " dit Goddard. " Parce que notre technique est contrôlée par l'ordinateur, ça peut être dynamique. Vous pouvez donc commencer à graver une forme particulière, à mi-chemin, réalisez que vous voulez apporter des changements, puis modifiez le motif du projecteur pour obtenir le résultat souhaité."

Les chercheurs envisagent cette technologie appliquée au-delà de la gravure, à la surveillance en temps réel d'autres processus en science des matériaux et sciences de la vie - par exemple, regarder les nanotubes de carbone s'auto-assembler, ou la surveillance des erreurs lors de la fabrication de puces informatiques à grande échelle. Cela pourrait aider les fabricants de puces à réduire les coûts et le temps de traitement en garantissant que l'équipement reste calibré.