Het genereren van EUV-straling met behulp van een krachtig CO2-lasersysteem en tin
Of het nu gaat om mobiele eindapparaten, autonoom rijden of kunstmatige intelligentie – vanwege miniaturisatie en automatisering in onze digitale wereld nemen de eisen aan computerprestaties voortdurend toe. Het gevolg hiervan is dat er steeds meer transistoren op de halfgeleiders in de chipsets geplaatst moeten worden. Geen nieuw fenomeen, want zelfs een van de oprichters van Intel wist al dat het aantal transistoren in een geïntegreerd schakelcircuit zich ongeveer elke 18 maanden verdubbelt. Deze wet, die bekend staat als ‘de wet van Moore’, is nog steeds geldig. Zo kunnen zelfs integratiedichtheden van maximaal 100 miljoen transistoren op één vierkante millimeter bereikt worden. De afmeting van halfgeleiderstructuren nadert geleidelijk aan atoomdimensies. Bij de productie van deze chips spelen krachtige laserversterkers van TRUMPF een belangrijke rol, omdat hiermee een lichtgevend plasma gegenereerd kan worden, dat de extreem ultraviolette straling (EUV) voor de belichting van de wafers levert. In nauwe samenwerking met ’s werelds grootste fabrikant van lithografiesystemen ASML en fabrikant van optische systemen Zeiss ontwikkelde TRUMPF een uniek CO2-lasersysteem, waarmee inmiddels meer dan 100 wafers per minuut bewerkt kunnen worden.
Van tindruppels tot waferbelichting: het EUV-lithografieproces
Moderne computerchips hebben meestal een grootte in de orde van nanometers en kunnen alleen worden geproduceerd via complexe verlichtingsprocessen met behulp van lasers. Hierbij bereikt de conventionele benadering met UV-laserstraling van excimeerlasers in toenemende mate zijn limieten. Kleinere structuurgrootten in het bereik van minder dan tien nanometer kunnen niet langer worden gegenereerd met deze eerder gebruikte methode. Deze filigrane structuren vereisen een belichting met nog kortere golflengtes – extreme ultraviolette straling (EUV).
De grote uitdaging bij EUV-lithografie is om straling met een optimale golflengte van 13,5 nanometer te genereren. De oplossing: een door laserstraling gegenereerd, lichtgevend plasma dat deze straling met extreem korte golflengte levert. Maar hoe ontstaat dit plasma? Een generator laat tindruppels in een vacuümkamer vallen (3), waarbij een pulserende, krachtige laser (1) van TRUMPF wordt gericht op voorbijkomende tindruppels (2) – 50.000 keer per seconde. De tinatomen worden geïoniseerd met als resultaat een intensief plasma. Een collectorspiegel vangt de door het plasma in alle richtingen uitgestraalde EUV-straling op, bundelt deze en geeft deze ten slotte door aan het lithografiesysteem (4) voor de belichting van de wafers (5).
Een door TRUMPF ontwikkeld, pulserend CO2-lasersysteem levert de laserpuls voor de plasmastraling – de TRUMPF Laser Amplifier. Het krachtige lasersysteem is gebaseerd op de technologie van de CO2-continulaser in het vermogensbereik van meer dan 10 kilowatt. Deze versterkt een CO2-laserpuls met gemiddeld vermogen van een paar watt in vijf versterkingstrappen met meer dan het 10.000-voudige tot een gemiddeld pulsvermogen van meerdere tientallen kilowatts. Het pulspiekvermogen bedraagt daarbij meerdere megawatts. Met de laserlichtgeneratie, -versterking en de laserstraalgeleiding tot aan de tindruppels initiëren de componenten van TRUMPF het lithografieproces. Zeer snelle seriële introductiecycli en de implementatie van specifieke klantvereisten vormen een spannend veld voor ontwikkelaars, onderhoudstechnici en productiemedewerkers, naast de technische complexiteit, die steeds weer unieke en nieuwe oplossingen oplevert.
In nauwe samenwerking met gerenommeerde partners heeft TRUMPF een internationaal uniek CO2-systeem ontwikkeld: ’s werelds grootste fabrikant van lithografiesystemen ASML fungeert als integrator en levert de componenten voor het genereren van de tindruppels en de scanner, de optische EUV-systemen zijn afkomstig van Zeiss. Met de installaties kunnen inmiddels meer dan 100 wafers per minuut bewerkt worden – voldoende voor de serieproductie. Zo werpt de EUV-lithografie niet alleen in technisch opzicht zijn vruchten af, maar is het ook economisch succesvol voor chipfabrikanten over de hele wereld.
