Generazione di radiazione EUV mediante sistema laser a CO2 ad alte prestazioni e stagno
Che si tratti di terminali mobili, guida autonoma o intelligenza artificiale, la miniaturizzazione e l'automazione del nostro mondo digitale pretendono sempre di più dai computer. Di conseguenza è necessario trovare posto per un numero sempre maggiore di transistor sui semiconduttori dei chip. Ma non è una novità, poiché uno dei fondatori di Intel sapeva già che il numero di transistor di un circuito di commutazione integrato raddoppia circa ogni 18 mesi. Si tratta della cosiddetta "Legge di Moore", valida ancora oggi. È stato quindi possibile integrare fino a 100 milioni di transistor su un millimetro quadrato. Le dimensioni delle strutture dei semiconduttori si avvicinano sempre di più a quelle di un atomo. Nella produzione di questi chip gli amplificatori laser ad alte prestazioni di TRUMPF hanno un ruolo fondamentale: proprio grazie a loro viene generato un plasma luminoso che fornisce la luce ultravioletta estrema (EUV) per l'esposizione dei wafer. In collaborazione con ASML, il maggior produttore al mondo di sistemi per litografia, e con il produttore di sistemi ottici Zeiss, TRUMPF ha sviluppato un sistema laser CO2 unico che permette di lavorare mediamente più di 100 wafer all'ora.
Dalla goccia di stagno all'esposizione del wafer: il processo della litografia EUV
La struttura dei moderni chip per computer in genere presenta dimensioni dell'ordine dei nanometri, per cui questi chip possono essere prodotti soltanto mediante complessi processi di esposizione con l'aiuto del laser. In tale contesto, il tradizionale approccio con luce UV da laser a eccimeri sta per raggiungere i propri limiti. Questo processo non permette più di generare strutture di dimensioni inferiori a dieci nanometri. Queste strutture miniaturizzate richiedono un'esposizione con luce di lunghezze d'onda ancora più corte nel campo dell'ultravioletto estremo (EUV).
La grande sfida della litografia EUV è rappresentata dalla generazione di una radiazione con lunghezza d'onda ottimale di 13,5 nanometri. La soluzione: un plasma luminoso generato mediate radiazione laser che fornisce questa radiazione ad onde estremamente corte. Ma come nasce all'inizio il plasma? Un generatore rilascia in una camera a vuoto (3) gocce di stagno, che vengono colpite da un laser pulsato ad alte prestazioni (1) di TRUMPF nel loro passaggio veloce nella camera (2) – 50.000 volte al secondo. Gli atomi di stagno vengono ionizzati, dando origine a un plasma intenso. Uno specchio collettore cattura e raccoglie la radiazione EUV emessa dal plasma in tutte le direzioni per trasmetterla infine al sistema litografico (4), dove viene utilizzata per l'esposizione del wafer (5).
L'impulso laser per l'irradiazione del plasma è fornito da un sistema laser a CO2 impulsato sviluppato da TRUMPF: l'amplificatore laser TRUMPF. Questo sistema laser ad alte prestazioni si basa sulla tecnologia del laser a emissione continua di CO2 nel campo di potenza superiore a dieci kilowatt. In cinque stadi amplificatori, il sistema amplifica di oltre 10.000 volte un impulso del laser a CO2 di pochi watt di potenza media, ottenendo un impulso di potenza media superiore a 10 kilowatt. La potenza di picco impulso arriva così a misurare diversi megawatt. I componenti TRUMPF attivano il processo litografico grazie alla generazione e all'amplificazione della luce laser e guidando il raggio fino a ogni singola goccia di stagno. Cicli di serializzazione molto veloci e la realizzazione di particolari richieste dei clienti si combinano con la complessità tecnica, che porta alla luce soluzioni sempre nuove e uniche, offrendo a sviluppatori, tecnici dell'assistenza e operatori della produzione un ambiente di lavoro molto stimolante.
In stretta collaborazione con rinomati partner, TRUMPF ha sviluppato un sistema laser a CO2 unico a livello internazionale: il più grande produttore al mondo di sistemi per litografia, ASML, svolge la funzione di integratore e fornisce i componenti per la generazione delle gocce e gli scanner, mentre i sistemi ottici EUV sono forniti da Zeiss. Gli impianti riescono a lavorare mediamente oltre 100 wafer all'ora, la quantità necessaria per la produzione in serie. La litografia EUV diventa quindi apprezzabile non soltanto dal punto di vista tecnico, ma anche in merito alla redditività si dimostra un successo pieno per i produttori di chip di tutto il mondo.
