Kínai tudósok szilárdtest DUV lézert fejlesztenek félvezető litográfiához

A Kínai Tudományos Akadémia (CAS) tudósai jelentős áttörést értek el a szilárdtestű mély ultraibolya (DUV) lézer kifejlesztésében amely koherens 193 nm-es sugarat hoz létre - pontosan azt a hullámhosszt, amelyre a legmodernebb félvezetőgyártásban szükség van.

A Nemzetközi Optikai és Fotonikai Társaság (SPIE) által közzétett tanulmányban ismertetett kísérleti szilárdtest-lézer potenciális alternatívát jelent az olyan cégek, mint az ASML, a Canon és a Nikon által jelenleg a fotolitográfiai berendezésekben használt gázalapú excimer lézerek helyett.

A modern litográfiai rendszerek ezt a bizonyos 193 nm-es hullámhosszt használják a chipgyártáshoz szükséges szuper részletes minták szilícium ostyákra történő marásához. Eddig ezt általában argon-fluorid (ArF) excimer lézerekkel végezték, amelyek argon, fluor és neon mérgező kombinációját használják. A mérgező anyagok miatt ezek a rendszerek összetettek, drágák és gondos kezelést igényelnek.

A CAS csapata azonban egy teljesen szilárdtest-technológiás utat választ, és a gázt teljesen elkerüli, mivel csak kristályokra és optikára támaszkodik. Rendszerük egy Yb:YAG kristályos erősítővel kezdődik, amely 1030 nm-es infravörös sugarat generál. Ezután a sugárnyalábot két külön útvonalra osztja:

• Az egyik útvonal az 1030 nm-es sugarat 258 nm-esre változtatja a negyedik harmonikus generáció (FHG) segítségével, ami körülbelül 1,2 W kimeneti teljesítményt eredményez
• A második útvonal egy optikai parametrikus erősítő segítségével egy 1553 nm-es sugarat állít elő kb. 700 mW teljesítmény mellett

Ez a két sugár ezután egy sor lítium-triborát (LBO) kristályon keresztül egyesül, hogy elérje a megcélzott 193 nm-es hullámhosszt.

Ez a szilárdtest-konstrukció számos potenciális előnyt kínál, többek között a nagyobb biztonságot a mérgező vegyi anyagok nélkül, a kisebb működési bonyolultságot és a gázalapú rendszerekhez képest alacsonyabb karbantartási követelményeket.

Még mindig jelentős kihívásokat kell megoldani, mielőtt ez a rendszer kereskedelmi szempontból gyakorlatiassá válik. Jelenlegi prototípusuk 6 kHz-en mindössze 70 mW teljesítményt tud felmutatni, ami alacsonyabb, mint az ipari excimer lézerek által 8-9 kHz-en előállított 100-120 W teljesítmény. A CAS-lézer vonalszélessége 880 MHz-nél keskenyebb, ami a csapat szerint a kereskedelmi lézerek spektrális tisztaságával egyenértékű.

Ennek a technológiának az ipari követelményeknek megfelelő méretre emelése áttörést jelentene a félvezetőgyártó berendezések számára. Tekintettel azonban a kutatás kísérleti jellegére, valószínűleg még várnunk kell egy darabig, mielőtt a technológia gyakorlati megvalósítását láthatjuk.