Framställning av EUV-strålning med CO2-högeffektslasersystem och tenn
Oavsett om det är mobila terminaler, autonom körning eller artificiell intelligens – genom miniatyriseringen och automatiseringen i vår digitala värld ökar ständigt behovet av datorprestanda. Följden: Allt fler transistorer måste få plats på halvledarna inuti chipseten. Det är inte något nytt fenomen, redan en av Intels grundare visste att antalet transistorer i en integrerad kopplingskrets fördubblas var 18:e månad. Detta har fått namnet ”Moore's Law” och gäller än idag. Densiteter på upp till 100 miljoner transistorer på en kvadratmillimeter har redan uppnåtts. Storleken på halvledarstrukturerna närmar sig atomdimensionerna. Vid tillverkningen av de här chipsen har högeffektslaserförstärkare från TRUMPF en central roll: Med dess hjälp skapas en lysande plasma som levererar den extrema ultravioletta strålningen (EUV) för exponering av substratet. I nära samarbete med världens största tillverkare av litografisystem ASML samt optiktillverkaren Zeiss utvecklade TRUMPF ett unikt CO2-lasersystem som kan bearbeta mer än 100 wafer per timme.
Från tenndroppar till wafer-exponering: Metoden EUV-litografi
Moderna datorchips är som regel strukturerad i storleksordningen nanometer och kan endast tillverkas genom komplexa exponeringsprocesser med hjälp av lasrar. Här når den konventionella metoden med UV-laserstrålning från excimer-lasrar i allt högre grad sina gränser. Strukturer med mindre än 10 nm kan inte längre produceras med de hittills använda metoderna. Dessa detaljrika strukturer måste exponeras med ännu kortare våglängd – strålning i det extremt ultravioletta området (EUV).
EUV-litografins stora utmaning är att skapa strålning med den optimala våglängden på 13,5 nanometer. Lösningen: En lysande plasma, som skapats med laserstrålning, och som levererar denna extremt kortvågiga strålning. Men hur produceras plasman? En generator låter tenndroppar falla in i en vakuumkammare (3), där träffar en pulsad högeffektslaser (1) från TRUMPF tenndropparna som rusar förbi (2) – 50 000 gånger per sekund. Tennatomerna joniseras och det bildas en intensiv plasma. En kollektorspegel fångar den från plasman i alla riktningar utsända EUV-strålningen, samlar ihop den och överlämnar den i slutändan till litografisystemet (4) för exponering av wafern (5).
Laserpulsen för plasmastrålningen levereras av ett pulserbart CO2-lasersystem som utvecklats av TRUMPF – TRUMPF Laser Amplifier. Högeffektslasersystemet baseras på teknologin för CO2-cw-laser i effektområdet över tio kilowatt. Det förstärker en CO2-laserpuls på bara några watts medeleffekt i fem förstärkarsteg mer än 10 000 gånger till flera tiotals kilowatts medel-pulseffekt. Pulstoppeffekten uppgår därmed till flera megawatt. Med laserljusframställning, -förstärkning samt strålgången fram till tenndropparna initierar TRUMPF-komponenterna litografiprocessen. Mycket korta introduktionsintervaller för serieprodukten och implementering av specifika kundönskemål utgör, utöver den tekniska komplexiteten som ständigt leder till unika och nya lösningar, ett spännande fält för utvecklare, servicetekniker och produktionsmedarbetare.
I nära samarbete med kända partner har TRUMPF utvecklat ett internationellt enastående CO2-lasersystem: Världens största tillverkare av litografissystem ASML fungerar som systemintegratör och levererar komponenterna för droppalstringen och skannern, EUV-optiken kommer från Zeiss. Anläggningarna kan bearbeta mer än 100 wafer per timme – vilket är tillräckligt för serieproduktion. Därmed är EUV-litografi inte bara en teknisk, utan även en fullständig kommersiell succé, för chiptillverkare världen över.
