Война чипов. Борьба за самую важную технологию в мире

Использование EUV-излучения создало новые трудности, решить которые оказалось практически невозможно. Если Лэтроп использовал микроскоп, видимый свет и фоторезисты, выпускаемые компанией Kodak, то все ключевые компоненты EUV-излучения пришлось создавать специально. Нельзя просто купить лампочку для EUV. Для получения достаточного количества EUV-излучения необходимо измельчить небольшой шарик олова с помощью лазера. Компания Cymer, основанная двумя специалистами по лазерам из Калифорнийского университета в Сан-Диего, с 1980-х годов была одним из крупнейших производителей источников света для литографии. Инженеры компании пришли к выводу, что наилучший подход заключается в том, чтобы выстрелить крошечным шариком олова шириной в тридцать миллионных долей метра, движущимся в вакууме со скоростью около двухсот миль в час. Затем по олову дважды ударяют лазером: первый импульс - для разогрева, второй - для превращения в плазму с температурой около полумиллиона градусов, во много раз более горячей, чем поверхность Солнца. Затем этот процесс обработки олова повторяется пятьдесят тысяч раз в секунду для получения EUV-излучения в количествах, необходимых для изготовления микросхем. В процессе литографии Джея Лэтропа в качестве источника света использовалась простая лампочка. С тех пор сложность этого процесса просто поражает воображение.

Однако источник света Саймера заработал только благодаря новому лазеру, способному с достаточной мощностью разрушать капли олова. Для этого требовался лазер на основе углекислого газа, более мощный, чем все ранее существовавшие. Летом 2005 г. два инженера компании Cymer обратились в немецкую компанию Trumpf, специализирующуюся на производстве прецизионных инструментов, с просьбой найти возможность создания такого лазера. Компания Trumpf уже производила лучшие в мире лазеры на углекислом газе для промышленных целей, например, для прецизионной резки. Эти лазеры были памятниками обработки в лучших немецких промышленных традициях. Поскольку около 80% энергии, вырабатываемой углекислотным лазером, приходится на тепло и только 20% - на свет, отвод тепла от установки является ключевой задачей. Ранее компания Trumpf разработала систему нагнетателей с вентиляторами, которые вращались тысячу раз в секунду, что было слишком быстро, чтобы полагаться на физические подшипники. Вместо этого компания научилась использовать магниты, так что вентиляторы парили в воздухе, отсасывая тепло из лазерной системы без скрежета о другие компоненты и без ущерба для надежности.

Компания Trumpf имела репутацию и послужной список для обеспечения точности и надежности, необходимых компании Cymer. Сможет ли она обеспечить необходимую мощность? Лазеры для EUV должны были быть значительно мощнее тех, которые уже производила компания Trumpf. Кроме того, точность, которую требовала компания Cymer, была более высокой, чем та, с которой Trumpf имела дело ранее. Компания предложила лазер, состоящий из четырех компонентов: двух "затравочных" лазеров, которые имеют низкую мощность, но точно синхронизируют каждый импульс, чтобы лазер мог поразить 50 млн. капель олова в секунду; четырех резонаторов, увеличивающих мощность луча; сверхточной "системы транспортировки луча", которая направляет луч на расстояние более тридцати метров к камере с каплями олова; и конечного фокусирующего устройства, обеспечивающего прямое попадание лазера, миллионы раз в секунду.

Каждый шаг требовал новых инноваций. В лазерной камере необходимо было поддерживать постоянную плотность специальных газов. Сами капли олова отражали свет, который мог попасть обратно в лазер и создать помехи в работе системы; для предотвращения этого требовалась специальная оптика. Для создания "окон", через которые лазер выходил из камеры, потребовались промышленные алмазы, и компании пришлось совместно с партнерами по сайту разрабатывать новые сверхчистые алмазы. Компании Trumpf потребовалось десятилетие, чтобы справиться с этими задачами и создать лазеры достаточной мощности и надежности. Для каждого из них потребовалось ровно 457 329 комплектующих.

После того как Саймер и Трумпф нашли способ абразивной обработки олова, чтобы оно излучало достаточное количество EUV-лучей, следующим шагом стало создание зеркал, собирающих свет и направляющих его на кремниевый чип. Немецкая компания Zeiss, создающая самые передовые оптические системы в мире, еще со времен Perkin Elmer и GCA создавала зеркала и линзы для систем литографии. Однако разница между оптикой, использовавшейся ранее, и оптикой, необходимой для EUV, была примерно такой же, как разница между лампочкой Лэтропа и системой взрывной обработки капель олова Саймера.