Chińscy naukowcy opracowują półprzewodnikowy laser DUV do litografii półprzewodnikowej

Naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk (CAS) osiągnęli znaczący przełom w rozwoju lasera na ciele stałym w głębokim ultrafiolecie (DUV), który generuje spójną wiązkę o długości fali 193 nm - dokładnie takiej, jaka jest potrzebna do najnowocześniejszej produkcji półprzewodników który generuje spójną wiązkę 193 nm - dokładnie taką długość fali, jaka jest potrzebna w najnowocześniejszej produkcji półprzewodników.

Ten eksperymentalny laser na ciele stałym, opisany w artykule opublikowanym przez Międzynarodowe Towarzystwo Optyki i Fotoniki (SPIE), stanowi potencjalną alternatywę dla opartych na gazie laserów ekscymerowych stosowanych obecnie w sprzęcie do fotolitografii takich firm jak ASML, Canon i Nikon.

Nowoczesne systemy litograficzne polegają na tej konkretnej długości fali 193 nm do wytrawiania bardzo szczegółowych wzorów na płytkach krzemowych do produkcji chipów. Do tej pory było to zwykle wykonywane przy użyciu laserów ekscymerowych z fluorkiem argonu (ArF), które wykorzystują toksyczną kombinację argonu, fluoru i neonu. Ze względu na toksyczne materiały, systemy te są złożone, drogie i wymagają ostrożnego obchodzenia się z nimi.

Zespół CAS podąża jednak drogą w pełni półprzewodnikową, całkowicie unikając gazu, polegając jedynie na kryształach i optyce. Ich system zaczyna się od wzmacniacza kryształowego Yb: YAG generującego wiązkę podczerwieni o długości fali 1030 nm. Następnie rozdziela wiązkę na dwie oddzielne ścieżki:

• Jedna ścieżka zmienia wiązkę 1030 nm na 258 nm poprzez generację czwartej harmonicznej (FHG), dając moc wyjściową około 1,2 W
• Druga ścieżka wykorzystuje optyczny wzmacniacz parametryczny do wytworzenia wiązki 1553 nm o mocy około 700 mW

Te dwie wiązki łączą się następnie w szeregu kryształów triboranu litu (LBO), aby osiągnąć docelową długość fali 193 nm.

Ta półprzewodnikowa konstrukcja oferuje kilka potencjalnych korzyści, w tym zwiększone bezpieczeństwo bez toksycznych chemikaliów, mniejszą złożoność operacyjną i niższe wymagania konserwacyjne niż w przypadku systemów gazowych.

Niemniej jednak, zanim rozwiązanie to stanie się komercyjnie praktyczne, muszą zostać rozwiązane istotne wyzwania. Ich obecny prototyp zarządza zaledwie 70 mW mocy przy 6 kHz, poniżej 100-120 W przy 8-9 kHz, które wytwarzają przemysłowe lasery ekscymerowe. Laser CAS ma szerokość linii węższą niż 880 MHz, co według zespołu jest na równi z czystością widmową laserów komercyjnych.

Skalowanie tej technologii do wymagań przemysłowych stanowiłoby przełom w produkcji urządzeń półprzewodnikowych. Biorąc jednak pod uwagę eksperymentalny charakter tych badań, prawdopodobnie będziemy musieli trochę poczekać, zanim zobaczymy jakąkolwiek praktyczną implementację tej technologii.