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Un pavage de miroirs, vu en microscopie électronique. Chacun mesure 16 microns de côté. Leur fabrication repose sur les mêmes procédés que la gravure de puces électroniques. © Nikon
Classiquement, la fabrication d'un circuit électronique utilise une série de masques, fines surfaces sur lesquelles sont découpés des motifs. Le futur circuit (le wafer) est exposé à un rayonnement (ultra-violet, rayons Xrayons X, électronsélectrons, selon les méthodes) à travers chacun de ces masques. Le puissant rayonnement dégrade le matériaumatériau, reproduisant le motif du masque, comme une véritable gravuregravure. Cette technique, appelée lithographielithographie, permet ainsi de dessiner en plusieurs étapes le circuit à réaliser.
Depuis longtemps, les industriels de l'électronique cherchent un moyen d'aller plus vite, par exemple en supprimant le recours aux masques, qui exigent plusieurs opérations. Une possibilité est de balayer la surface à graver avec le rayon bien focalisé. En interrompant le faisceau à volonté, on peut dessiner le motif sur la surface, en quelque sorte pixel par pixel. On parle de lithographie par scanner.
Chaque miroir (Mirror) est solidaire d'un ruban déformable (Ribbon Actuator). Au repos, le miroir est parallèle au support (schéma du haut). Sous l'effet d'une tension appliquée entre l'électrode et le ruban, séparés de 250 nanomètres, ce dernier se déforme et le miroir pivote. Le faisceau utilisé pour la gravure (ultraviolet) peut ainsi être dévié. Le mouvement ne dure que 3 millionièmes de seconde. © Nikon
Des miroirs mobiles sur coussin d'air
Mais pour intéresser l'industriel, le procédé doit être rapide, ce qui n'est pas simple. Les systèmes imaginés jusqu'à présent ont tous le défaut d'être trop lents. Le procédé présenté par Nikon à la conférence IEEE MEMSMEMS 2008 (Tucson, Arizona) pourrait changer la donne. Il utilise de minuscules miroirsmiroirs basculants, en technologie Mems (Micro-Electro-Mechanical Systems). Construites comme des circuits électroniques, ces surfaces carrées de 16 micronsmicrons de côté sont fixées sur des rubans, que l'on peut déformer en appliquant une tension entre eux et une électrodeélectrode placée au-dessous. Ce miroir bascule en trois microsecondes seulement, alors que les systèmes de lithographie à scanner existants exigent quelques dizaines de microsecondes.
La conception même du dispositif réduit le temps de basculement : l'électrode n'est séparée du ruban déformable que de 250 nanomètresnanomètres. Avec une aussi faible épaisseur, la couche d'airair située entre les deux devient visqueuse et joue le rôle d'amortisseur. Après son mouvementmouvement (dans un sens ou dans l'autre), le ruban entre en effet en vibrationvibration. Grâce à ce coussin d'air, il se stabilise rapidement. Nikon annonce une fréquence de résonancerésonance de 1,7 MHz. C'est le rythme auquel on peut faire travailler les miroirs. Le principe devient du coup suffisamment rapide et laisse espérer une fabrication plus facile et moins coûteuse pour les circuits électroniques.
L'innovation a été remarquée lors de la conférence IEEE MEMS 2008 et montre bien les multiples opportunités offertes par les Mems. Ces mécaniques microscopiques peuvent réaliser toutes sortes de fonctions, comme la récupération d'énergie à partir de petits mouvements voire de vibrations sonores. Des miroirs mobilesmobiles, comparables à ceux du procédé de Nikon, ont été utilisés pour réaliser un projecteurprojecteur miniature de 7 millimètres d'épaisseur...
