Le Hollandais Volant

En complément : la photolithographie, c’est utiliser de la lumière pour graver une surface. La gravure se fait grâce la méthode du pochoir : un masque est placé sur la surface et seules les parties non masquées sont illuminés.

En matière de gravures de puces, il faut déjà avoir une plaque, généralement un disque, en semi-conducteur (du silicium). Ce disque est lui-même déjà une œuvre d’ingénierie car c’est un mono-cristal : il est produit par synthèse en phase vapeur à partir d’une amorce (un petit cristal). Le monocristal pousse en longueur jusqu’à faire une centaine de kilos typiquement. On fait ensuite des tranches, que l’on coupe selon les plans cristallins, et on grave ensuite ça par photolithographie.

Le disque est recouvert d’une couche d’oxyde métallique (le « O » dans « CMOS ») et de résine photosensible, et via un masque (imprimé sur un des miroir dont parle Korben), le rayonnement vient impacter le disque en silicium. La résine s’en retrouve modifiée, et un bain d’acide fluorhydrique permet ensuite de retirer la résine qui a été altérée et d’attaquer l’oxyde en dessous. Les zones non impactés conservent leur oxyde, et c’est comme ça qu’on forme les transistors : deux zones avec oxyde, et une zone centrale sans)

Le disque, d’une vingtaine de centimètres, est gravé successivement de façon à contenir plein de circuits intégrés côte à côte. Une fois les gravures effectuées, le disque est découpé en petits carrés d’environ 1 cm² : c’est la puce finale.

Si les miroirs doivent être parfaits, c’est pour ne pas déformer le masque du circuit. Une façon d’obtenir des miroirs aussi réguliers, c’est sur un bain de mercure : le mercure est liquide, donc sa surface extrêmement lisse, et on y verse un métal dessus (ou on le vaporise). La surface du métal en sera très lisse aussi. Parfois (en astronomie, pour les téléscopes), le mercure est lui-même utilisé comme miroir. Le bain de mercure, s’il est mis en rotation, par l’effet centrifuge, va produire une surface en forme de parabole, produisant un miroir parabolique parfait.

Si l’on utilise aujourd’hui des technos en UV, et même UV lointain, c’est pour avoir des longueurs d’ondes de plus plus fines et donc pouvant être focalisées plus finement aussi, et donc graver le silicium plus finement également.

Ces UV sont produit en échauffant des ions d’étain à des températures de 200 000 K. Notons que ce sont les atomes qui ont une excitation telle que ça correspond à une température élevée. Si l’on y plaçait sa main, ça ne serait probablement pas chaud. Un peu comme quand on dit que la thermosphère est à 300-1000 °C : les atomes sont super rapides, mais comme il y en a très peu, ils ne peuvent pas nous brûler.

Bref, une puce électronique, c’est une merveille scientifique et technologie du début à la fin.
Tout ça n’a pas été inventé du jour au lendemain par contre : ça s’est évidemment fait petit à petit, jusqu’à produire des machines extrêmement complexes aujourd’hui (mais moins que demain : je me demande s’ils vont un jour réussir à manipuler des X).

Ah et chez Intel par exemple, quand on parle des puces i3, i5, i7 ou i9 : ce sont les mêmes puces. C’est juste que les i3 ont davantage de défauts dans le réseau cristallin que les autres (et les i9 en ont le moins).
Le réseau cristallin n’est pas parfait, et parfois un défaut peut empêcher une partie du circuit de fonctionner. Selon la partie impactée, la puce peut toujours fonctionner, juste avec moins de mémoire cache, ou avec une unité de calcul en moins (donc moins vite). Le fabriquant classe chacune des puces selon la moins endommagée à la plus endommagée, et ils sont alors vendues plus ou moins chères.

Enfin, quand on parle de gravure en 10 nm, 5 nm voire 2 nm, c’est essentiellement du bullshit commercial. Les gravures ne vont aujourd’hui pas aussi bas. Ce n’est pas possible : un transistor si petit ne fonctionnerait pas car il le courant passerait entre ses bornes quelque soit son état (par effet tunnel quantique notamment).

D’autres liens sur ce sujet :
https://couleur-science.eu/?d=10d2d2--cest-quoi-un-semi-conducteur (une série d’articles)
https://www.flickr.com/photos/timovn/37784633016/ (un wafer en silicium vu à la loupe — on peut en trouver sur eBay, pas cher et anciens)
https://next.ink/208887/nextquick-la-finesse-gravure-en-nm-ne-veut-plus-rien-dire-cest-juste-du-marketing/