EUV litográfia – az európai sikertörténet

A ZEISS, a TRUMPF és a Fraunhofer kutatócsoportja kapta a 2020-as Deutscher Zukunftspreis díjat az EUV litográfia kifejlesztéséért

2020. december 02., szerda, 10:29

Címkék: Carl Zeiss Fraunhofer IPA IT IT infrastruktúra IT menedzsment lézer lézertechnológia szilícium Trumpf Zeiss

A következő generációs litográfiai technológia, az extrém ultraibolya hullámhosszú litográfia (EUVL) korszakváltást hoz majd a chipgyártásban. Az EUV 13,5 nanométeres fényt használ a szilíciumlemez mintáinak megvilágításához, ami jelentősen megnöveli a chipek teljesítményét. A félvezető iparban kivívott európai pozíciókat high-tech gyártástechnológia is segíti.

A ZEISS, a TRUMPF Lasersystems, valamint a Fraunhofer Institute „EUV litográfia – Új fény a digitális korban” című projektje nyerte a 2020-as Deutscher Zukunftspreis díjat. A győztes csapat jelentősen hozzájárult az EUV technológia fejlesztéséhez és az ipari sorozatgyártás feltételeinek megteremtéséhez. A több mint 2 000 szabadalommal alátámasztott, a mindennapi élet digitalizálását segítő technológia olyan alkalmazások alapját képezi, mint az önvezető járművek, az 5G, vagy éppen a mesterséges intelligencia. A 2019-ben több mint egymilliárd eurós piacot jelentő EUV eljárásnak köszönhetően eddig több mint 3 300 magasan kvalifikált munkahely jött létre a ZEISS és a TRUMPF berkein belül.

Nagyobb teljesítményű, energia- és költséghatékonyabb mikrochipek

Az EUV jelentése „extrém ultraibolya”, vagyis rendkívül rövid hullámhosszú fény. A 13,5 nanométeres hullámhosszúságú fénnyel dolgozó EUV gépek jóval kisebb csíkszélességű mintákat tudnak a szilíciumlemezen elhelyezni, mint a jelenleg használt levilágító eljárások, ezáltal pedig jelentősen nagyobb teljesítményű, energia- és költséghatékonyabb mikrochipek állíthatók elő. Napjainkban az okostelefonok milliószor nagyobb teljesítményre képesek, mint az 1969-es első holdraszálláskor használt számítógép. Ezt pedig az ujjbegynél is kisebb, de több mint tizenötmilliárd tranzisztort befogadni képes mikrochipek teszik lehetővé. A teljes rendszer architektúráját és az EUV forrást a világ legnagyobb EUV litográfiai gépgyártója, a holland ASML tervezte. A gépek kulcsfontosságú elemének számítanak a TRUMPF nagy teljesítményű lézere, illetve a ZEISS optikai rendszere.

Az ujjbegynél is kisebb, de több mint tizenötmilliárd tranzisztort befogadni képes mikrochipek hatalmas számítási teljesítményre képesek

A nyertes csapat az EUV technológián dolgozó fejlesztők ezreit képviseli. A mamutméretű EUV litográfiai projekt biztosítja, hogy Európa úttörő szerepet játsszon a csúcsmodern mikrochipek gyártásában. A TRUMPF a világ legerősebb impulzusú ipari lézerével kulcsfontosságú szerepet játszik az okostelefonokban használt legmodernebb mikrochipek levilágításában. A TRUMPF hatalmas lézerrendszere az egyetlen eszköz, amely képes létrehozni a számítógépes chipek legújabb generációjának gyártáshoz szükséges EUV fényt. A több mint 10 tonna súlyú lézergép 450 000 egyedi alkatrészből áll. A rendszer fényforrásaként ez a lézer 220 000 °C hőmérsékletű plazmát generál, ami 30-40-szer melegebb, mint a nap felszínének hőmérséklete. Az óriási lézert a litográfiai rendszer belsejében lévő óncseppek áramára irányítják, ahol az másodpercenként 50 000 ilyen apró cseppel találkozik. Az ionizált óntomokból intenzív plazma keletkezik. A plazmából minden irányba kibocsátott EUV sugárzást egy kollektortükör fogja be és összpontosítja, végül átadja a litográfia rendszernek a szilíciumlemezek levilágításához.

A levilágító rendszer minősége és formája, valamint a ZEISS optikájának felbontóképessége döntő módon határozza meg a mikrochipekre felvihető struktúrák méretét. Mivel a legapróbb pontatlanságok is levilágítási hibákhoz vezetnek, az optikai rendszerben használt tükröket (a világ „legpontosabb” tükreit) eleve az EUV litográfiához fejlesztették ki. A nagyméretű tükrök kifinomult bevonatolásához a Fraunhofer nyújtott szakmai segítséget.

 

A holland ASML által tervezett extrém ultraibolya hullámhosszú (EUV) levilágító berendezés

Hogyan változtatja meg az EUV litográfia a mindennapi életünket?

Intelligens gyárak, városok és házak. Önvezető autók, intelligens zsebméretű asszisztensek. Az ezekhez hasonló technológiai víziók fejlett technikát és mindenekelőtt a nagyobb számítási teljesítményt feltételeznek. A chipeknek növekvő mennyiségű adatot kell nagyobb sebességgel kezelniük, több funkció biztosítása és minimális energiafogyasztás mellett. Mindez pedig az EUV litográfia révén válik elérhetővé. A technológiát részben már a kezünkben is tarthatjuk, például az okostelefonok esetében. Más alkalmazások, például a teljes mértékben önvezető gépjárművek egyelőre a távoli jövő ígéreteinek tűnhetnek, de minden egyes évvel közelebb kerülünk hozzájuk.

Az EUV litográfia által létrehozható három alkalmazás:

1. Okostelefonok:

A legmodernebb okostelefonok és azok funkciói aligha lesznek előállíthatók EUV lézerek nélkül. Manapság például számos telefon tartalmaz automatikus arcfelismerés funkciót. A telefon elülső kamerájával meghatározza a tulajdonos arcának különféle jellemzőit, például a szemek távolságát. Amikor valaki felveszi a telefont, egy program összehasonlítja az észlelt információkat a tárolt adatokkal. Ha a telefon felismeri a tulajdonosát, automatikusan feloldja önmagát. Az egyre erősebb mikrochipek révén az utóbbi években hatalmas előrelépések történtek az automatikus arcfelismerés javításában. Ma ezek a programok nemcsak okostelefonokon futnak megbízhatóan, hanem többek között a repülőtereken is.

A szakértői csoport az EUV litográfia fényforrásaként szolgáló, a világ legerősebb impulzusú ipari lézere előtt. Balról jobbra: dr. Peter Kürz a ZEISS SMT divíziójából, dr. Michael Kösters a TRUMPF Lasersystems-től és dr. Sergiy Yulin a Fraunhofer Alkalmazott Optikai és Precíziós Mérnöki Intézetből. (Forrás: © Deutscher Zukunftspreis / Ansgar Pudenz)

2. Mesterséges intelligencia alapú virtuális asszisztensek:

A hangvezérelt asszisztensek és chatbotok sok ügyfélszolgálatos mindennapi munkáját könnyítik meg. A weboldalakra integrált chatbotok általában képesek megválaszolni a kérdéseinket és a munkatársaknak csak akkor kell beavatkozniuk, ha olyasmit kérünk, amire a virtuális asszisztensek már nem képesek. A chatbotok egyre inkább támaszkodnak a mesterséges intelligenciára, ami viszont nem létezhetne az EUV levilágítás nélkül. az AI segíthet ezeknek a virtuális asszisztenseknek a kétértelmű és rosszul írt szavak megfelelő értelmezésében. A chatbotok tanulnak a hibákból és a visszajelzéseinkből, így minél tovább vannak használatban, annál jobbak lesznek. Hatalmas számítási kapacitás kell ahhoz, hogy az adatokat szűk másodpercek alatt feldolgozzák. Az EUV litográfia révén memóriachipek hozhatók létre, amelyek a folyamatosan növekvő adatkészlet tárolásához kellenek és új teljesítményszintre emelhetik a chatbotokat.

3. Önvezető gépjárművek:

A forgalom nem mindig kiszámítható. Ezért egy önvezető autónak nem csupán fékezni és kormányozni kell tudni, hanem a forgalmi szituációk önálló és helyes felmérésére és előrejelzésére is képesnek kell lennie. Az autonómia ezen szintjét még nem sikerült elérni a való életben, de az EUV révén még valósággá válhat. A részletes környezeti adatokat rögzítő számos érzékelő és kamera az önvezető autók legfontosabb elemei közé tartoznak. Információkat szolgáltatnak a szituációkról és a környezetről. A rendszer ezeket összehasonlítja az adatbázisban tárolt tudással és kiadja az utasítást a megfelelő reakcióra. Minden új szituációval bővül a tudáskészlet. Az EUV litográfiával előállított nagy teljesítményű mikrochipek képesek a szükséges adatokat az elvárt sebességgel eljuttatni a rendszerbe.

Molnár László