Gli scienziati cinesi sviluppano un laser DUV a stato solido per la litografia dei semiconduttori

Gli scienziati dell'Accademia Cinese delle Scienze (CAS) hanno raggiunto una svolta significativa nello sviluppo di un laser a stato solido nell'ultravioletto profondo (DUV), https://interestingengineering.com/innovation/china-solid-state-uv-laser-transform-chipmaking che genera un fascio coerente di 193 nm, esattamente la lunghezza d'onda necessaria per la produzione di semiconduttori all'avanguardia.

Questo laser sperimentale a stato solido, descritto in un articolo pubblicato dalla International Society for Optics and Photonics (SPIE), rappresenta una potenziale alternativa ai laser a eccimeri basati su gas attualmente utilizzati nelle apparecchiature di fotolitografia di aziende come ASML, Canon e Nikon.

I moderni sistemi di litografia si affidano a quella specifica lunghezza d'onda di 193 nm per incidere modelli super dettagliati sui wafer di silicio per la produzione di chip. Finora, questo veniva fatto di solito con laser ad eccimeri al fluoruro di argon (ArF), che utilizzano una combinazione tossica di argon, fluoro e neon. A causa dei materiali tossici coinvolti, questi sistemi sono complessi, costosi e richiedono una gestione attenta.

Tuttavia, il team del CAS segue un percorso completamente allo stato solido, evitando del tutto il gas e affidandosi solo ai cristalli e all'ottica. Il loro sistema inizia con un amplificatore a cristalli Yb:YAG che genera un raggio infrarosso a 1030 nm. Poi, divide il fascio in due percorsi separati:

• Un percorso cambia il fascio di 1030 nm in 258 nm tramite la generazione armonica in quarta (FHG), ottenendo una potenza di uscita di circa 1,2 W
• Il secondo percorso utilizza un amplificatore ottico parametrico per produrre un fascio di 1553 nm a circa 700 mW

Questi due fasci si combinano poi attraverso una serie di cristalli di triborato di litio (LBO) per raggiungere la lunghezza d'onda mirata di 193 nm.

Questo design a stato solido offre diversi vantaggi potenziali, tra cui una maggiore sicurezza senza sostanze chimiche tossiche, una ridotta complessità operativa e minori requisiti di manutenzione rispetto ai sistemi basati su gas.

Tuttavia, devono essere risolte sfide significative prima che questo diventi commercialmente pratico. Il loro prototipo attuale gestisce solo 70 mW di potenza a 6 kHz, al di sotto dei 100-120 W a 8-9 kHz che producono i laser a eccimeri industriali. Il laser CAS ha una larghezza di linea più stretta di 880 MHz, che secondo il team è alla pari con la purezza spettrale dei laser commerciali.

Scalare questa tecnologia per soddisfare i requisiti industriali rappresenterebbe una svolta per le apparecchiature di produzione di semiconduttori. Ma, considerando la natura sperimentale di questa ricerca, probabilmente dovremo aspettare un po' prima di vedere un'implementazione pratica della tecnologia.