Génération de rayonnement EUV avec un système laser CO2 à forte puissance et de l'étain
Terminaux mobiles, conduite autonome ou intelligence artificielle – avec la miniaturisation et l'automatisation auxquelles nous assistons dans notre monde numérique, les exigences en matière de puissance de calcul connaissent une augmentation inouïe. Conséquence : il faut faire tenir toujours davantage de transistors sur les semi-conducteurs à l'intérieur des chipsets. Cela n'a rien de nouveau : l'un des fondateurs d'Intel savait déjà que le nombre de transistors dans un circuit intégré allait doubler tous les 18 mois environ. Cette formule, connue sous le nom de « loi de Moore », est encore valable aujourd'hui. La densité d'intégration a ainsi pu atteindre 100 millions de transistors par millimètre carré. La taille des structures semi-conductrices se rapproche peu à peu des dimensions de l'atome. Les amplificateurs laser haute performance de TRUMPF jouent un rôle central dans la fabrication de ces puces : en effet, ils permettent de générer un plasma luminescent qui fournit le rayonnement ultraviolet extrême (EUV) pour l'exposition des pastilles. En coopération avec le plus grand constructeur mondial de systèmes de lithographie, ASML, ainsi que le fabricant d'optique Zeiss, TRUMPF a développé un système laser CO2 unique en son genre, qui permet désormais d'usiner plus de 100 pastilles par heure.
De la goutte d'étain à l'exposition des pastilles : le procédé de la lithographie EUV
Les puces électroniques modernes présentent en général une taille de l'ordre du nanomètre et sont désormais produites uniquement au moyen de lasers et de processus d'exposition complexes. Ici, l'approche conventionnelle à base de rayonnement laser UV produit par des lasers à excimère atteint ses limites. Utilisé jusqu'ici, ce procédé ne permet pas d'obtenir de structures d'une taille plus faible, dans une plage inférieure à dix nanomètres. Ces structures d'une extrême finesse requièrent une exposition à des longueurs d'onde encore plus courtes, soit un rayonnement dans la plage de l'extrême ultraviolet (EUV).
Le grand défi de la lithographie EUV consiste à générer un rayonnement d'une longueur d'onde optimale de 13,5 nanomètres. Solution : un plasma luminescent produit par rayonnement laser, qui fournit ce rayonnement d'une longueur d'onde extrêmement courte. Mais comment obtient-on ce plasma en premier lieu ? Un générateur fait tomber des gouttes d'étain dans une chambre sous vide (3), et un laser pulsé TRUMPF à grande puissance (1) touche ces gouttes d'étain qui passent devant lui (2) – et ce, 50 000 fois par seconde. Les atomes d'étain sont ionisés et un plasma intense est créé. Un miroir collecteur recueille le rayonnement EUV émis par le plasma dans toutes les directions, le forme en faisceau et le transmet enfin au système de lithographie (4), qui l'utilise pour l'exposition de la plaquette (5).
L'impulsion laser qui permet la génération du plasma est fournie par un système laser CO2 à impulsions mis au point par TRUMPF – le TRUMPF Laser Amplifier. Ce système laser à grande puissance est basé sur la technologie du laser CO2 continu dans la plage de puissance supérieure à dix kilowatts. Il amplifie plus de 10 000 fois, en cinq étapes, une impulsion laser CO2 d'une puissance moyenne de quelques watts, pour atteindre une puissance pulsée moyenne de plusieurs dizaines de kilowatts. La puissance d'impulsion crête est alors de plusieurs mégawatts. En générant et en amplifiant la lumière laser, puis en guidant le faisceau jusqu'à la goutte d'étain, les composants TRUMPF sont à l'origine du processus de lithographie. Outre la complexité technique, qui requiert sans cesse des solutions uniques et innovantes, les cycles très brefs jusqu'à la production en série et la prise en compte des souhaits spécifiques des clients rendent notre domaine passionnant pour les concepteurs, les techniciens SAV et les collaborateurs de la production.
En étroite coopération avec des partenaires renommés, TRUMPF a conçu un système laser CO2 unique en son genre : le premier fabricant mondial de systèmes de lithographie, ASML, fait office d'intégrateur et fournit les composants de génération des gouttelettes ainsi que le scanner, les optiques EUV proviennent quant à elles de la maison Zeiss. Ces systèmes permettent désormais d'usiner plus de 100 pastilles par heure – ce qui est suffisant pour le production en série. La lithographie EUV ne se justifie ainsi pas uniquement du point de vue technique, mais promet également un succès économique complet aux fabricants de puces électroniques du monde entier.
