Volgens SPIE hebben onderzoekers van de Chinese Academy of Sciences (CAS) een solid-state diepe ultraviolet (DUV) laser die coherent 193-nm licht emitteert dat wordt gebruikt voor halfgeleiderfotolithografie in een laboratorium. Als de lichtbrontechnologie kan worden geschaald, kan dit apparaat worden gebruikt om lithografische tools te bouwen die chips maken met behulp van geavanceerde procestechnologieën. Perspectieven op het schalen van lasers van vaste toestand zijn echter onbekend.
Voordat we bespreken hoe de methode van de Chinese Academie van Wetenschappen werkt, laten we de de facto industrie-standaardmethode samenvatten om licht te creëren met een 193-nm golflengte die wordt gebruikt door ASML, Canon en Nikon voor hun DUV Litho-machines. Houd er ook rekening mee dat het CAS -systeem zich in een vroeg stadium van ontwikkeling bevindt en dat we het op zijn best over een testvoertuig hebben.
Traditionele aanpak
Duv lithografiemachines van ASML, Canon en Nikon genereren 193-nm licht met behulp van een argon fluoride (ARF) excimeer laser. De laserkamer bevat een gasmengsel van argon en fluor en een buffergas zoals neon. Wanneer hoogspannings elektrische pulsen worden aangebracht, worden de argon- en fluoratomen geëxciteerd en vormen ze kort een onstabiel molecuul genaamd ARF (of excimer), dat snel terugkeert naar zijn grondtoestand, die een foton vrijgeeft met een golflengte van 193 nm.
De laser stuurt deze fotonen uit als korte, energieke pulsen met een uitgangsvermogen tot 100 W-120W en bij frequenties tussen 8 kHz en 9 kHz voor moderne onderdompeling DUV-tools. De straal van 193 nm wordt vervolgens geleid door een optisch systeem dat het licht vormt, leidt en stabiliseert. Het gaat in de lithografie -scanner, waar het schijnt door een fotomasker met het chippatroon.
De CAS -benadering
Het testapparaat ontwikkeld door de Chinese Academie van Wetenschappen genereert 193 nm licht met behulp van een volledig vaste-statenbenadering, waardoor op gas gebaseerde excimer-lasers volledig worden vermeden. Het begint met een zelfgemaakte YB: YAG Crystal-versterker, die een laserstraal van 1030 nm produceert. Deze balk wordt vervolgens opgesplitst in twee optische paden, die elk een ander optisch proces ondergaan om de componenten te creëren die nodig zijn voor 193-nm generatie.
In het eerste pad wordt de 1030-nm straal omgezet in een 258-nm straal door de vierde harmonische generatie (FHG, een niet-lineair optisch proces dat een laserstraal transformeert naar een vierde van zijn oorspronkelijke golflengte, in dit geval een 258-nm bundel). Dit deel levert een uitgangsvermogen van 1,2 W. In het tweede pad wordt de andere helft van de 1030-nm bundel gebruikt om een optische parametrische versterker te pompen, wat resulteert in een bundel van 1553 nm met een vermogen van 700 MW.
Deze twee balken – 258 nm en 1553 nm – worden gecombineerd in cascade lithiumtriborate (LBO) kristallen om een coherent licht te genereren met een golflengte van 193 nm met een gemiddeld vermogen van 70 MW die werkt met een frequentie van 6 kHz. CAS zegt dat het testsysteem een lijnbreedte heeft smaller dan 880 MHz, een prestatie die vergelijkbaar is in spectrale zuiverheid met die van commerciële systemen die tegenwoordig worden gebruikt.
Een vergelijking?
Het CAS-systeem produceert 193 nm licht met behulp van een laser met een vaste toestand met een gemiddeld vermogen van 70 MW en een frequentie van 6 kHz, waardoor een smalle lijnbreedte onder 880 MHz wordt bereikt. De output van het testsysteem is orden van grootte lager dan ASML’s ARF Excimer-gebaseerde productiesystemen, die 100-120 W leveren met een frequentie van 9 kHz.
Hoewel het CAS -systeem mogelijkheden aantoont, maakt het lage vermogensuitgang het ongeschikt voor de productie van commerciële halfgeleiders, waarbij hoge doorvoer en processtabiliteit essentieel zijn.
