Исследователи из Китайской академии наук (CAS) создали твердотельный лазер глубокого ультрафиолетового диапазона

Прежде чем разобрать, как работает метод Китайской академии наук, вкратце рассмотрим де-факто стандартный для отрасли метод создания света с длиной волны 193 нм, используемый компаниями ASML, Canon и Nikon для своих DUV-литографических машин. Также имейте в виду, что система CAS находится на ранней стадии разработки, по сути это тестовый образец.

Машины для DUV-литографии от ASML, Canon и Nikon генерируют свет с длиной волны 193 нм с помощью эксимерного лазера на фториде аргона (ArF). В лазерной камере содержится газовая смесь аргона и фтора, а также буферный газ, например, неон. При подаче высоковольтных электрических импульсов атомы аргона и фтора возбуждаются и на короткое время образуют нестабильную молекулу ArF (или эксимер), которая быстро возвращается в основное состояние, испуская фотон с длиной волны 193 нм.

Лазер излучает эти фотоны в виде коротких высокоэнергетических импульсов с выходной мощностью до 100–120 Вт и частотой от 8 до 9 кГц для современных погружных инструментов DUV. Затем луч с длиной волны 193 нм проходит через оптическую систему, которая формирует, направляет и стабилизирует свет. Он попадает в литографический сканер, где проходит через фотошаблон с рисунком микросхемы.

Подход CAS
Испытательное устройство, разработанное Китайской академией наук, генерирует свет с длиной волны 193 нм, используя полностью твердотельный подход и полностью исключая газовые эксимерные лазеры. Устройство начинается с самодельного кристаллического усилителя Yb:YAG, который генерирует лазерный луч с длиной волны 1030 нм. Затем этот луч разделяется на два оптических пути, каждый из которых проходит через отдельный оптический процесс для создания компонентов, необходимых для генерации света с длиной волны 193 нм.

На первом этапе луч с длиной волны 1030 нм преобразуется в луч с длиной волны 258 нм с помощью генерации четвёртой гармоники (FHG — нелинейный оптический процесс, при котором лазерный луч преобразуется в луч с длиной волны, равной одной четвёртой от первоначальной, в данном случае — в луч с длиной волны 258 нм). Эта часть обеспечивает выходную мощность 1,2 Вт. Во втором канале вторая половина луча с длиной волны 1030 нм используется для накачки оптического параметрического усилителя, в результате чего получается луч с длиной волны 1553 нм и мощностью 700 мВт.

Эти два луча — 258 нм и 1553 нм — объединяются в каскадных кристаллах трибората лития (LBO) для генерации когерентного света с длиной волны 193 нм и средней мощностью 70 мВт, работающего на частоте 6 кГц. По словам CAS, тестовая система имеет ширину линии менее 880 МГц, что сопоставимо по чистоте спектра с коммерческими системами, используемыми сегодня.

Система CAS генерирует свет с длиной волны 193 нм с помощью твердотельного лазера со средней мощностью 70 мВт и частотой 6 кГц, обеспечивая узкую ширину линии менее 880 МГц. Мощность тестовой системы на несколько порядков ниже, чем у производственных систем ASML на основе эксимерного лазера ArF, которые выдают 100–120 Вт при частоте 9 кГц.

 

Сообщение Исследователи из Китайской академии наук (CAS) создали твердотельный лазер глубокого ультрафиолетового диапазона появились сначала на Время электроники.