Po desetiletí očekávaná mikrolitografie se stává realitou aneb má miniaturizace čipů a integrovaných obvodů své hranice?
Mnichovský veletrh Productronica 2015, o kterém jsme se už rámcově v souvislosti s účastí našich vystavovatelů zmínili v minulých číslech Technického týdeníku, prošel hned dvěma jubilei. Už 40 let od pořádání prvního ročníku veletrhu v roce 1975 a pak 55. výročí od objevu laseru. Není náhodou, že po celá tato období dochází ke stále intenzivnějšímu prolínání laserových technologií a technologií elektroniky a letošní Productronica tak mohla vzájemnou součinnost těchto technologií prokázat i na uvedení do světa laserových technologií v oblasti extrémně ultrafialové části spektra. Na tuto technologii, která by znamenala v návaznosti na EUV mikrolitografii možnost podstatného růstu miniaturizace a zvýšení hustoty elektronických obvodů, se netrpělivě čeká už přes 10 let. Její reálnou šanci potvrzují už dlouho před veletrhem i tiskové zprávy, zasílané firmou TRUMPF redakcím odborných periodik při příležitosti stavby nového výrobního provozu, věnovaném jen a jen technologiím v EUV. Na veletrhu jsme se pokusili získat kromě dat o novém provozu i něco více o samotné technologii. Jak technologie EUV procházela dlouhým stadiem vývoje, prakticky od přelomu století a částečně již i předtím (první konsorcium založily Intel, Motorola a AMD již v roce 1997), objevovala se postupně řada možných řešení, většinou ale ještě ve stadiu rozpracování nebo bez potřebného výkonu. K řešení úkolu se spojovaly různé vývojové aliance, často v Japonsku, které byly v počátečních fázích bádání značně aktivní. Vzniklo tu např. konsorcium složené z 9 výrobců a 7 univerzit EUVA (Extreme Ultraviolet Lithography System Development Association), podporované ministerstvem technologií METI (Ministry of Ekonomy, Trade and Industry), v USA probíhal vývoj i u firmy Cymer Inc. A v Evropě k takovému výzkumu spojily síly Fraunhoferovy instituty ILT, IOF a IWS. V roce 2003 představila téměř provozuschopný prototyp Lambda Physik, ale odkaz na pouhé laserové zdroje pro získání dostatečně výkonného nástroje pro EUV litografii nepřinášel stále potřebný efekt. Reálný se tu postupně jevil teprve plazmový zdroj, kde plazma se dociluje buď fokusací vysoce intenzivního laserového záření nebo silným komprimováním proudových výbojů. Na principu takového postupu, označeného jako Laser-Produced-Plasma, pracovaly od počátku nezávisle na sobě dvě firmy. Japonský výrobce Gigaphoton Inc., který pro základ postupu zvolil speciální 20kW CO2 laser s řadou zesilovačů a německý TRUMPF s obdobnou strategií, ale na počátku jen s 10kW CO2 laserem z běžné sériové výroby. Provedení od firmy TRUMPF se ukázalo jako jednodušší, výkonnější a může se tak stát základem i pro široké využití. V současné době dosahuje světelného výkonu 30 až 40 W, v laboratoři i 70 W. Pro ekonomickou výrobu elektronických systémů ve velkých sériích je však třeba dosáhnout alespoň výkonu 100–250 W a tady TRUMPF doufá, že do konce letošního roku takového stavu dosáhne. Podívejme se nyní, jak takový systém pracuje. Laserový paprsek ve stálém režimu vychází z 10kW CO2 laseru, je zesílen řadou čtyř sériově řazených výkonových laserových zesilovačů a převeden na pulzní režim. Přichází do vakuové komory, kde dochází jeho působením k ionizaci drobných zinkových kapiček a vytváření plazmy s vyzařováním v žádané vlnové délce 13,5–13,8 nm. Kapičky cínu proudí v nepředstavitelné rychlosti 50 000 za sekundu ze speciálního cínového generátoru. Na kapičkách tedy vzniká plasma s vyzařováním v oblasti EUV, propojením dílčích kapičkových efektů přes kolektor se pak vytváří už dostatečný osvitový nástroj v EUV spektru pro následný litografický proces. Tady končí práce výrobce laserů a nastupuje výrobce litografických zařízení, který celý uváděný systém implementuje do konečné verze zařízení mikrolitografie v EUV. Přes masku se tu osvětluje čipová substrátová destička – wafer, opatřená už předem fotorezistem, který pak působí jako negativ zobrazovaných struktur. V budoucnu se uvažuje, že tímto postupem se dá tak vytvořit na jediném mikročipu více než 10 mld. tranzistorů, což třeba dnešní „chytré“ telefony učiní ještě chytřejšími a menšími. Zdá se to takto jednoduché, ale TRUMPF řešil při požadavku co nejvyšší spolehlivosti už několik generací tohoto zařízení. Od roku 2014 předal výrobcům litografických zařízení už třetí typovou generaci, s kterou se dnes nejjemnější struktury elektroniky s využitím vlnové délky 13,8 nm už připravují a testují. Postupně od roku 2016 se počítá s využitím EUV technologie již v průmyslové praxi, což pro TRUMPF znamená zabezpečit si pro novou technologii dostatečné výrobní kapacity. Při předpokládaném nárůstu zájmu o systémy EUV zvláště ze strany výrobců elektroniky – už patnáct těchto systémů objednává např. USA – staví nyní TRUMPF v Ditzingenu nákladem více než 70 mil. EUR zcela novou halu o celkové rozloze téměř 34 000 m2, která by měla pokrýt v tomto směru jak potřeby vývoje, tak i výroby nové technologie. Zdálo by se, že tím jsou nároky výrobců elektroniky na dlouhá léta plně uspokojené. Kolotoč neustálé miniaturizace elektroniky ale ani nyní nekončí, konkurence vyžaduje čipy stále menší, rychlejší a levnější. Například INTEL dělá už dnes pokusy s výrobou čipů při litografii 7 nm. /jš/