Laserpulse für die Chipherstellung
Lithografie mit einer Wellenlänge von 13,5 nm bringt zehn Milliarden Transistoren auf einem Mikrochip unter.
Dank immer kleinerer und leistungsfähigerer Mikrochips hat sich die Elektronik- und Computerindustrie in den letzten Jahren rasant entwickelt. Laut dem Mooreschen Gesetz verdoppelt sich alle 18 Monate die Zahl der Transistoren auf der gleichen Chipfläche bei gleichzeitigem Rückgang der Kosten. Daher ficht die Halbleiterbranche einen Milliarden Dollar schweren Kampf um jeden Quadratnanometer.
Abb.: Der Trumpf Laser Amplifier ohne Abdeckung. Die T-Form passt sich besonders gut in kundenspezifische Fertigungen ein. (Bild: Trumpf)
Mikrochips werden mittels Mikrolitografie hergestellt. Aktuell arbeiten Anlagen mit einer Wellenlänge von 193 Nanometern, erzeugen aber Strukturen von 22 Nanometern Größe. Doch mit den aktuell eingesetzten Lichtquellen zeigen sich langsam die Grenzen der benötigten Auflösung und der Wirtschaftlichkeit. Deshalb 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 Laser-Produced-Plasma (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.
Abb.: Genaue Prüfung eines Hochleistungs-CO2-Laser Moduls. Vier dieser Systeme und ein Seedlaser ergeben den Trumpf Laser Amplifier.(Bild: Trumpf)
Für eine wirtschaftliche Fertigung sind 50.000 Treffer pro Sekunde nötig. Den CO2-Laserpuls dafür liefert der Trumpf Laser Amplifier. Auf Basis der CO2-Dauerstrichlaser im Leistungsbereich über zehn Kilowatt hat die Firma ein pulsfähiges Lasersystem entwickelt. Dieses System verstärkt einen CO2-Laserpuls mit wenigen Watt mittlerer Leistung in fünf Verstärkerstufen um mehr als das 10.000-fache auf mehr als 20 Kilowatt mittlere Pulsleistung. Die Pulsspitzenleistung beträgt einige Megawatt. 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.
Trumpf / AH
