Wywoływanie promieniowania z zakresu EUV za pomocą systemu lasera CO₂ wysokiej mocy i cyny
Mobilne urządzenia końcowe, układy jazdy autonomicznej czy sztuczna inteligencja – miniaturyzacja i automatyzacja cyfrowego świata ciągle zwiększają wymagania dotyczące mocy obliczeniowej i wydajności komputerów. Skutkiem jest jeszcze większa liczba tranzystorów w chipsetach. To żadna nowość – już jeden z założycieli firmy Intel wiedział, że liczba tranzystorów w zintegrowanym układzie scalonym podwaja się co ok. 18 miesięcy. To sformułowanie, znane jako „prawo Moore'a”, obowiązuje do dziś. Dziś gęstość rozmieszczenia tranzystorów wynosi nawet 100 mln tranzystorów na milimetr kwadratowy. Rozmiary struktur półprzewodnikowych zbliżają się coraz bardziej do wymiarów atomów. W przypadku wytwarzania chipów wzmacniacze laserowe firmy TRUMPF odgrywają kluczową rolę: to właśnie one powodują wytworzenie świecącej plazmy, dostarczającej promieniowanie w zakresie skrajnego ultrafioletu (EUV) do naświetlenia wafla. Firma TRUMPF w ścisłej współpracy z największym na świecie producentem systemów litografii ASML oraz producentem optyki Zeiss opracowała wyjątkowy system laserowy CO2, który pozwala na obróbkę nawet 100 wafli na godzinę.
Od kropel cyny do naświetlania wafli: Metoda litografii w zakresie skrajnego ultrafioletu
Nowoczesne chipy z reguły mają wymiary rzędu nanometrów, a ich wytwarzanie jest możliwe tylko z wykorzystaniem skomplikowanych procesów naświetlania za pomocą laserów. Obecnie konwencjonalna technologia wykorzystująca lasery ekscymerowe, emitujące promieniowanie laserowe z zakresu ultrafioletu osiąga granice swoich możliwości. Nie pozwalają one na tworzenie struktur o wielkości poniżej 10 nm. Tak miniaturowe struktury wymagają naświetlania promieniowaniem o jeszcze krótszej długości fali. Oznacza to wejście w zakres skrajnego ultrafioletu (EUV).
Dużym wymaganiem litografii EUV jest oświetlenie elementów optymalną długością fal o długości 13,5 nanometrów. Rozwiązanie: wytworzona za pomocą promieniowania laserowego świecąca plazma, która dostarcza promieniowanie o ekstremalnie krótkiej długości fali. Jak jednak powstaje plazma? Zasilacz sprawia, że krople cyny spadają do komory próżniowej (3), gdzie krople (2) oświetlane są przez impulsy wysokoenergetycznego lasera (1) – 50 000 razy na sekundę. Atomy cyny ulegają jonizacji i powstaje intensywna plazma. Zwierciadło kolektora zbiera promieniowanie w zakresie EUV, które jest emitowane przez plazmę we wszystkich kierunkach. Światło jest zbierane w wiązkę i przekazywane do systemu litografii (4), gdzie oświetla wafel krzemowy (5).
Impuls lasera, wykorzystywany do wytworzenia plazmy jest dostarczany z rozwiniętego przez firmę TRUMPF impulsowego systemu lasera CO2, którym jest TRUMPF Laser Amplifier. Ten system lasera o wysokiej mocy bazuje na technologii lasera CO2 pracy ciągłej o zakresie mocy ponad 10 kW. Wzmacnia on impuls lasera CO2 kilkoma watami mocy średniej w pięciu stopniach wzmocnienia i ponad 10 000 razy wzmacnia średnią moc impulsu o wartości 10 kW. To oznacza, że szczytowa moc impulsu jest mierzona w megawatach. Komponenty firmy TRUMPF odpowiedzialne za wytwarzanie i wzmocnienie światła laserowego, układ prowadzenia promienia aż do kropli cyny inicjują proces fotolitografii. Bardzo szybkie cykle wdrożenia, spełnienie specjalnych życzeń klienta, to oprócz skomplikowania technicznego – rozwiązania są zawsze indywidualne i nowe – pole do popisu dla konstruktorów, techników serwisowych i pracowników produkcyjnych.
Firma TRUMPF we współpracy z renomowanymi partnerami opracowała jedyny w swoim rodzaju system laserowy CO2: Największy na świecie producent systemów litografii: firma ASML pełni funkcję integratora i dostarcza komponenty do generowania kropli oraz skaner, optyka EUV jest firmy Zeiss. Urządzenia pozwalają na obrabianie nawet 100 wafli na godzinę, co wystarczy do produkcji seryjnej To oznacza, że litografia EUV opłaca się nie tylko technicznie, ale jest to korzystny ekonomicznie proces dla producentów chipów z całego świata.
