Китайские ученые разработали твердотельный DUV-лазер для литографии полупроводников

Ученые из Китайской академии наук (CAS) совершили значительный прорыв в разработке твердотельного лазера глубокого ультрафиолета (DUV) https://interestingengineering.com/innovation/china-solid-state-uv-laser-transform-chipmaking который генерирует когерентный луч длиной 193 нм - именно та длина волны, которая необходима в передовом производстве полупроводников.

Этот экспериментальный твердотельный лазер, описанный в статье, опубликованной Международным обществом оптики и фотоники (SPIE), представляет собой потенциальную альтернативу газовым эксимерным лазерам, которые в настоящее время используются в фотолитографическом оборудовании таких компаний, как ASML, Canon и Nikon.

Современные системы литографии полагаются на специфическую длину волны 193 нм для вытравливания сверхдетальных рисунков на кремниевых пластинах для производства микросхем. До сих пор для этого обычно использовались аргонно-фторидные (ArF) эксимерные лазеры, в которых применяется токсичная комбинация аргона, фтора и неона. Из-за использования токсичных материалов эти системы сложны, дороги и требуют осторожного обращения.

Однако команда CAS идет полностью твердотельным путем, полностью избегая газа и полагаясь только на кристаллы и оптику. Их система начинается с кристаллического усилителя Yb:YAG, генерирующего инфракрасный луч с длиной волны 1030 нм. Затем он разделяет луч на два отдельных пути:

• Один путь изменяет луч 1030 нм на 258 нм с помощью четвертой гармонической генерации (FHG), обеспечивая выходную мощность около 1,2 Вт
• Второй путь использует оптический параметрический усилитель для получения луча 1553 нм мощностью около 700 мВт

Затем эти два луча объединяются через серию кристаллов трибората лития (LBO), чтобы достичь целевой длины волны 193 нм.

Эта твердотельная конструкция обладает рядом потенциальных преимуществ, включая повышенную безопасность благодаря отсутствию токсичных химикатов, меньшую сложность эксплуатации и меньшую потребность в обслуживании по сравнению с газовыми системами.

Тем не менее, необходимо решить значительные проблемы, прежде чем эта система станет коммерчески практичной. Их текущий прототип выдает всего 70 мВт мощности на частоте 6 кГц, что ниже 100-120 Вт на частоте 8-9 кГц, которые выдают промышленные эксимерные лазеры. Ширина линии лазера CAS меньше 880 МГц, что, по словам команды, соответствует спектральной чистоте коммерческих лазеров.

Масштабирование этой технологии до соответствия промышленным требованиям стало бы прорывом для оборудования для производства полупроводников. Но, учитывая экспериментальный характер этого исследования, нам, вероятно, придется подождать некоторое время, прежде чем мы увидим практическую реализацию этой технологии.