Os cientistas chineses criam fonte de luz a laser DUV de estado sólido ‘inovador’ para ferramentas de chips
Pesquisadores da Academia Chinesa de Ciências (CAS) criaram um laser de profundidade de estado sólido (DUV) emissor de estado sólido “que emite a luz coerente de 193 nm usada para fotolitografia semicondutora em um laboratório, relata a Sociedade Internacional de Optics e Fotônicos (Espie).
Se a tecnologia de fonte de luz puder ser dimensionada, este dispositivo poderá ser usado para criar ferramentas de litografia que produzem chips usando tecnologias de processo avançadas. No entanto, as perspectivas sobre a escala de lasers de estado sólido são desconhecidas.
Antes de discutirmos como o método CAS funciona, vamos recapitular o método padrão da indústria de fato de criar luz com um comprimento de onda de 193 nm usado por ASML, Canon e Nikon para suas máquinas Litho DUV. Além disso, lembre -se de que o sistema CAS está em seus estágios iniciais de desenvolvimento, e estamos falando de um veículo de teste na melhor das hipóteses.
Abordagem tradicional
As máquinas de litografia DUV da ASML, Canon e Nikon geram luz de 193 nm usando um excimer de fluoreto de argônio (ARF) a laser. A câmara do laser contém uma mistura de gás de argônio e flúor e um gás tampão como o neon. Quando os pulsos elétricos de alta tensão são aplicados, os átomos de argônio e flúor ficam excitados e formam brevemente uma molécula instável chamada ARF (ou excimer), que retorna rapidamente ao seu estado fundamental, liberando um fóton com um comprimento de onda de 193 nm.
O laser emite esses fótons como pulsos curtos e de alta energia a uma potência de saída de até 100W-120W e em frequências entre 8 kHz e 9 kHz para ferramentas modernas de DUV de imersão. O feixe de 193 nm é então direcionado através de um sistema óptico que molda, guia e estabiliza a luz. Ele passa para o scanner de litografia, onde brilha através de uma máscara de fotomas contendo o padrão de chip.
A abordagem do CAS
O dispositivo de teste desenvolvido pela Academia Chinesa de Ciências gera luz de 193 nm usando uma abordagem de estado totalmente sólido, evitando completamente os lasers de Excimer à base de gás. Começa com um amplificador caseiro de cristal YB: YAG, que produz um feixe de laser de 1030 nm. Esse feixe é dividido em dois caminhos ópticos, cada um passando por um processo óptico diferente para criar os componentes necessários para a geração de 193 nm.
No primeiro caminho, o feixe de 1030 nm é convertido em um feixe de 258 nm através da quarta geração harmônica (FHG, um processo óptico não linear que transforma um feixe de laser em um quarto do seu comprimento de onda original, neste caso, um feixe de 258 nm). Esta peça fornece uma potência de saída de 1,2 W. No segundo caminho, a outra metade do feixe de 1030 nm é usada para bombear um amplificador paramétrico óptico, resultando em um feixe de 1553 nm com uma potência de 700 MW.
Essas duas vigas – 258 nm e 1553 nm – são combinadas em cristais de tribores de lítio em cascata (LBO) para gerar uma luz coerente com um comprimento de onda de 193 nm com uma potência média de 70 MW operando a uma frequência de 6 kHz. O CAS diz que o sistema de teste tem uma largura de linha mais estreita que 880 MHz, um desempenho comparável na pureza espectral ao dos sistemas comerciais usados hoje.
Uma comparação?
O sistema CAS produz luz de 193 nm usando um laser de estado sólido com uma potência média de 70 MW e uma frequência de 6 kHz, atingindo uma largura de linha estreita abaixo de 880 MHz. A saída do sistema de teste é ordens de magnitude menor que os sistemas de produção baseados em Exml da ASML, que entregam 100 a 120W a uma frequência de 9 kHz.
Embora o sistema CAS inicial demonstre recursos, sua baixa saída de potência o torna inadequado para a fabricação comercial de semicondutores, onde é essencial alto rendimento e estabilidade do processo. É provável que várias gerações de desenvolvimento seriam necessárias para tornar isso uma fonte de luz viável de fabricação de chips.
