Tentamen i Fysik för MTI 5A1225 010607 14-19

Alla hjälpmedel utom sådana som innebär kontakt med andra levande varelser är tillåtna. Uppgifterna är inte ordnade i svårighetsgrad. Tänk på att även en ansats på ett tal kan ge delpoäng. 2.5p erfordras för godkänt

Temat denna gång är företaget Innolite som beskriver sig själv så här:

Stockholm, Sweden - Innolite AB announced today that it will produce an extreme ultra-violet (EUV) light source for use in next generation photolithography systems for producing high-end semiconductor microchips. Innolite claims its EUV light source technology offers the best potential to fulfill the requirements of semiconductor lithography equipment manufacturers striving to fabricate billion-transistor chips."Our goal is to become a major supplier of EUV light sources to stepper manufacturers like ASML, Canon and Nikon. So far, there is a huge interest," says CEO Bert Junno.

Intel Corporation has been leading the effort to promote and develop extreme ultra-violet lithography (EUVL) for processing IC devices with 70 nanometer (0.07 micron) feature sizes and smaller. Achieving these incredibly small dimensions requires a small, exceptionally intense, very-short-wavelength light source that provides uniform illumination for the optical system. Innolite’s patented technology utilizes a laser aimed at a xenon liquid jet target to create a plasma light source that meets these precise criteria.

Innolite’s plasma light source emits extreme ultra-violet energy with wavelengths of around 13.5 nanometers (compared with today’s 248 nanometer equipment used to image 0.18 micron features for current microchips). The company’s cryogenic liquid jet xenon technology allows laser-plasma operation far from the nozzle orifice to minimize nozzle erosion and debris that could damage precision optics.

Den laser man använder för att belysa plasmat så att det ska kunna avge EUV-strålningen är en gaslaser där gasen finns i ett glasrör som i startögoblicket kräver en magnetisk puls av längd enstaka mikrosekunder längsmed röret. Denna skulle kanske kunna åstadkommas genom en 2,2cm lång spole runt röret lindad med 2000 varv koppartråd. Spolen har tvärsnittsdiametern 8,1cm. Lindningstråden har tvärsnittsytan 0,2mm².

Går detta? (Motivering...)

När lasern lyser går sedan en ström genom röret. Denna är mycket stor, åtminstone tio Ampere. Spänningen över röret är ca 1kV. Det är mycket viktigt att denna ström inte varierar för snabbt (eftersom det snabbar upp åldrandet av laserröret). För att motverka snabba strömförändringar om spänningen bryts kortvarigt (säg under en sekund) kopplar man en kondensator parallellt med röret. Vilken storleksordning måste dennas kapacitans ha?

Det finns en avgörande skillnad som gör att 13,5nm är bättre än 248nm till olika typer av findetaljavbildning (som den finlinjelitografi som beskrivs ovan). Vilken? Hur mycket bättre skulle det kunna bli?

En mycket stor svårighet på vägen mot att göra ett användbart system för finlinjelitografi med strålning av dessa våglängder är att man inte kan göra linser på vanligt sätt eftersom det saknas material som är genomskinliga för 13,5nm och har högt brytningsindex. Det högsta man kan uppnå ligger idag under 1,01. Detta gör linserna mycket svaga. En bikonvex lins med krökningsradie 1cm skulle få en fokallängd på ca 500mm. Antag att man med 2 sådana linser, tätt intill varandra vill avbilda ett plasma som är 100µm x 100µm stort på en punkt som är 50µm x 50µm stor. Var ska linserna placeras?

Dämpningen för EUV-strålningen när den går genom luft är mycket stor ca 4200 dB/mm.

Efter hur lång sträcka har dess intensitet sjunkit till 1% av startvärdet?

(dB som mått på dämpning ingår inte i kursen, men man kan använda sina ljudkunskaper för att förstå vad som menas i alla fall)