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Photolithographie : définition et propriétés

Technique de fabrication, aussi appelée lithographie optique, qui permet à travers plusieurs opérations de transférer sur un substrat une image de circuit. Cette technique est très utilisée dans la fabrication des composants micro-électroniques. Une fine couche de résine photosensible est tout d’abord déposée sur le substrat. Elle est ensuite exposée à une source lumineuse (rayonnement ultra-violet UV) à travers un masque optique présentant des zones opaques et transparentes et reproduisant les motifs planaires du circuit à graver. Les motifs sont ensuite révélés dans une solution chimique, ce qui aboutit à une reproduction des motifs du masque en négatif ou en positif selon le type de résine utilisé. Pour la réalisation d’un circuit intégré, ces étapes doivent être répétées de nombreuses fois, avec une très haute précision d'alignement entre chaque niveau.
Les techniques de photolithographies peuvent être classées en lithographie par contact et en lithographie par projection. Dans la lithographie par contact, le masque est placé contre la résine à insoler. Dans la lithographie par projection, une optique est intercalée entre le masque et le wafer.
La lithographie optique est à ce jour encore la technique la plus utilisée pour la fabrication de masse de l'industrie électronique. Cette technique présente toutefois des limites, essentiellement dues à son pouvoir de résolution d’impression limité par le phénomène de diffraction de la lumière, connu sous l’appellation « limite d’Abbe ». Ainsi, ce procédé ne peut produire des motifs très inférieurs à 100 nm.
Pour répondre aux besoins de la course à miniaturisation et à la puissance, la photolithographie conventionnelle est de plus en plus délaissée au profit de technologies de nouvelle génération.
La lithographie extrême UV (EUV) utilise une source lumineuse de longueur de 13,5 nm, et permet ainsi d’atteindre des gravures inférieures à 10 nm, elle impose cependant de nouvelles sources optiques et de nouveaux matériaux [NM 556].
La nanophotolithographie en champ proche exploite les nanosources et utilise les photons comme vecteurs d’écriture. Cette technique peut s’effectuer sur des polymères photosensibles, ou sur des matériaux inorganiques (métaux, semi-conducteurs) [NM 556].
Avec la lithographie électronique par faisceau d'électrons en projection (Mask Less Lithography, M2L), les motifs sont dessinés directement par le faisceau balayant la résine déposée sur le substrat. Cette technique est lente, à rendement faible, mais permet d’atteindre de très haute résolution égale au diamètre du faisceau électronique [NM 545].
La lithographie par nanoimpression  est une alternative très prometteuse à la photolithographie, grâce à son pouvoir de très grande résolution et de production en masse à faible coût. Le principe consiste à imprimer les motifs en relief d'un moule sur une couche fine de polymère déposée sur un substrat. Une fois la couche de polymère structurée, l'échantillon est traité dans une enceinte de plasma afin de rendre convenable, pour les opérations suivantes, le profil final des motifs imprimés [NM 540].

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