Halbleiterindustrie setzt auf Trumpf-Technik
Für kleinste Strukturgrößen
Mit einem neuen Lithografieverfahren lassen sich noch mehr Transistoren auf einen Chip packen. Der TRUMPF Laser Amplifier liefert dazu notwendige hochenergetische Laserpulse.
Die technologische Entwicklung der Elektronik- und Computerindustrie in den letzten Jahren war mehr als rasant. Wer hätte sich vor 20 Jahren die Funktionalität eines heutigen Mobiltelefons oder Tablet-PCs träumen lassen, geschweige denn die ständige Verbindung zum Internet. Möglich machten dies immer kleinere und leistungsfähigere Mikrochips.
Bereits 1965 stellte Intel-Mitbegründer Gordon Moore mit dem mooreschen Gesetz eine Theorie auf, die weitreichende Folgen für die Halbleiterindustrie und ihre Technologie-Roadmaps haben sollte. Dieses Gesetz besagt, dass sich alle 18 Monate die Zahl der Transistoren auf der gleichen Chipfläche verdoppeln werden und dies bei gleichzeitigem Rückgang der Kosten. Seitdem ficht die Halbleiterbranche einen Milliarden Dollar schweren Kampf um jeden Quadratnanometer.
Mikrochips werden mittels Mikrolithografie hergestellt. Eine Lithografieanlage projiziert das verkleinerte Bild eines Schaltkreissystems auf einen Siliziumwafer und belichtet dort eine zuvor aufgetragene Fotolackschicht. Die sogenannte Abbe‘sche Auflösungsgrenze besagt: Eine Lichtquelle kann keine Strukturen abbilden, die kleiner sind als ihre Wellenlänge. Dieses Gesetz erweist sich mittlerweile als dehnbar. Aktuell arbeiten Lithografieanlagen mit einer Wellenlänge von 193 Nanometern, erzeugen aber Strukturen von 22 Nanometern Größe.
Hierzu bedient man sich mehrerer Tricks, beispielsweise des Double Patternings - einer zweifachen Ausführung jedes Beleuchtungsschritts. Außerdem kommt die Immersion zum Einsatz. Bei diesem Verfahren wird der höhere Brechungsindex von Wasser bei der Beleuchtung genutzt, um noch kleinere Wellenlängen zu realisieren. Doch mit den aktuell eingesetzten Lichtquellen zeigen sich langsam die Grenzen der benötigten Auflösung und der Wirtschaftlichkeit.
Um die Aufrechterhaltung des mooreschen Gesetzes bis 2030 und darüber hinaus zu sichern, riefen die führenden Unternehmen der Halbleiter-Branche vor mehr als eineinhalb Jahrzehnten das EUV-Lithografie-Projekt ins Leben: Ziel war es, eine Quelle für extrem ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 13,5 Nanometer zu entwickeln. Mithilfe dieser Technologie lassen sich Strukturgrößen von weniger als zehn Nanometern bearbeiten. Dies entspricht mehr als zehn Milliarden Transistoren auf einem Mikrochip.
Die größte Herausforderung bei der EUV-Lithografie ist die Erzeugung des Lichtes mit der Wellenlänge von 13,5 Nanometer. Unterschiedliche Verfahren wetteifern am Markt, das bisher erfolgreichste ist die Erzeugung durch ein sogenanntes Laser-Produced-Plasma kurz LPP. In eine Vakuumkammer tröpfelt Zinn, ein Laserpuls trifft ein fallendes Tröpfchen, es ionisiert. Dabei entsteht ein Plasmablitz mit der gewünschten Wellenlänge. Das EUV-Licht wird über einen Kollektor eingefangen, gebündelt und an das Lithografiesystem zur Belichtung des Wafers übergeben.
Für eine wirtschaftliche Fertigung müssen 50.000 Treffer pro Sekunde erzielt werden. Den CO2-Laserpuls dafür liefert der TRUMPF Laser Amplifier. Auf Basis der CO2-Dauerstrichlaser im Leistungsbereich über zehn Kilowatt hat TRUMPF ein pulsfähiges CO2-Lasersystem entwickelt. Dieses System verstärkt einen CO2-Laserpuls mit wenigen Watt mittlerer Leistung in fünf Verstärkerstufen um mehr als das 10.000-fache auf über 20 Kilowatt mittlere Pulsleistung, die Pulsspitzenleistung beträgt mehrere Megawatt.
Die Komponenten für dieses komplexe System liefert TRUMPF. Das Unternehmen greift bei diesem Projekt auf seine inzwischen fast 30-jährige CO2-Laserkompetenz zurück. Seit Frühjahr 2012 liefert TRUMPF mehrere Lasersysteme der zweiten Generation an die Hersteller der Lithografie-Anlagen. Die EUV-Lithografie zieht nun in die Fertigung der Chiphersteller ein. Mit ihr konstruieren die Entwickler schon jetzt 13,8 Nanometer-Strukturen – halb so groß wie ein Virus.
Der einstellige Nanobereich – so groß wie der Durchmesser eines DNA-Strangs – rückt greifbar nah. Anwender in der Industrie schätzen den TRUMPF CO2-Laser bisher als robusten Arbeitsstrahl. Nun öffnet er die Tore zur Halbleiter-Produktion der Zukunft.
Mehr Informationen zur TRUMPF Lasertechnik:
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TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH |
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Postfach 1450 |
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71252 Ditzingen |
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Johann-Maus-Straße 2 |
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71254 Ditzingen |
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Telefon +49 (0) 7156-303-0 |
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Telefax: +49 (0) 7156-303-670 |
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E-Mail: info@trumpf-laser.com |
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www.trumpf-laser.com |
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