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针对 EUV 光刻的高功率激光系统

无论是移动终端设备、自动驾驶还是人工智能——伴随着数字世界的微型化和自动化,对计算机性能的要求逐渐提高。结果:越来越多的晶体管需要嵌入芯片组内部的半导体中。这并不算新鲜事,因为英特尔的创始人之一已经明白:集成电路的晶体管数量每隔 18 个月左右增加一倍。这条著名的“摩尔定律”在今天仍有效。因此已能实现 1 平方毫米装下 1 亿晶体管的集成密度。半导体结构的尺寸越来越接近原子级。制造芯片时通快高功率激光放大器发挥关键作用:因为借助它可生成发光等离子体,从而提供极紫外光 (EUV) 曝光晶圆。通快与全球最大的光刻系统制造商 ASML 以及镜头制造商蔡司紧密协作,研制出独一无二的 CO2 激光系统,它每秒可加工 100 多个晶圆。

13.5

纳米

... 是所生成极紫外 (EUV) 光的波长,实现尺寸低于 10 纳米的结构制造。

50,000

每秒锡滴

... 是指通快激光放大器击中次数,以生成曝光晶圆的 EUV 光。

100,000,000

每平方毫米的晶体管

... 甚至更多晶体管可借助 EUV 光刻装入一块微芯片中——简直不敢相信。

从锡滴到晶圆加工:EUV 光刻工艺

现代计算机芯片通常以纳米级构建,只能借助激光器经由复杂的曝光工艺进行生产。在这方面,采用准分子激光器 UV 激光束的传统方法越发受限。低于 10 纳米范围的更小结构尺寸无法通过当前使用的工艺制造。这种精细结构需要更短波长的曝光——也就是极紫外光 (EUV) 范围的光束。

Prozess der EUV Lithografie mit Lasern von TRUMPF

EUV 光刻的一大挑战在于实现 13.5 纳米的最佳波长光束。解决方案:通过激光束生成提供极短波长光束的发光等离子体。但如何先形成等离子体?发生器让锡滴落入真空室 (3),然后通快脉冲式高功率激光器 (1) 冲击这些迅速通过的锡滴 (2)——每秒 50,000 次。锡原子被电离并产生高强度的等离子体。收集镜捕获等离子体向所有方向发出的 EUV 光束,聚焦后最终传递至光刻系统 (4) 以曝光晶圆 (5)。

TRUMPF Laser-Amplifier zur EUV-Litographie

通快研制的 CO2 脉冲式激光系统(通快激光放大器)提供用于等离子体辐射的激光脉冲。这款高功率激光系统基于 CO2 连续波激光器的技术,功率范围超过 10 千瓦。在五个放大级别中,它可将平均功率为数瓦的 CO2 激光脉冲放大 10,000 多倍,输出超过数十千瓦的平均脉冲功率。其中脉冲峰值功率达到数百万瓦。通过激光束生成、放大以及光束传导和锡滴,通快组件推动光刻流程。极为迅速的批量投产周期以及满足特殊客户要求不仅带来技术难关,促进推出越发独特和全新的解决方案,还让研发人员、服务工程师和生产员工鼓起干劲。

Gesamtsystem zur EUV-Lithografie ASML

通快与著名合作伙伴紧密协作,研制出全球独一无二的 CO2 激光系统:全球最大的光刻系统制造商 ASML 作为集成商,提供扫描仪和生成微滴的组件,EUV 镜头则来自蔡司。通过该设备可每秒加工 100 多个晶圆——足以实现批量生产。EUV 光刻不仅在技术方面出色,在经济方面也能为全球芯片制造商带来辉煌成功。

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