Лазер на фториде аргона - Argon fluoride laser

В лазер на фториде аргона (ArF-лазер) - это особый тип эксимерный лазер,[1] который иногда (правильнее) называют эксиплексным лазером. Обладая длиной волны 193 нм, это лазер глубокого ультрафиолета, который обычно используется в производстве полупроводников. интегральные схемы, глазная хирургия, микрообработка и научные исследования. «Эксимер» - это сокращение от «возбужденный димер», а «эксиплекс» - от «возбужденный комплекс». В эксимерном лазере обычно используется смесь благородный газ (аргон, криптон или ксенон) и газообразный галоген (фтор или хлор), который в подходящих условиях электростимуляции и высокого давления испускает когерентное стимулированное излучение (лазерный свет) в ультрафиолетовом диапазоне.

Эксимерные лазеры на ArF (и KrF) широко используются в системах высокого разрешения. фотолитография машины, одна из важнейших технологий, необходимых для микроэлектроника изготовление микросхем. Эксимерная лазерная литография[2][3] позволил уменьшить размеры элементов транзисторов 800 нанометров в 1990 г. 7 нанометров в 2018 году.[4][5][6] Литография в крайнем ультрафиолете В некоторых случаях машины заменили машины для фотолитографии ArF, поскольку они позволяют создавать элементы еще меньшего размера при одновременном повышении производительности, поскольку машины EUV могут обеспечить достаточное разрешение за меньшее количество шагов.[7]

Теория

Лазер на фториде аргона поглощает энергию источника, вызывая аргон газ реагировать с фтор добыча газа монофторид аргона временный сложный, в возбужденном энергетическом состоянии:

2 Ar + F
2 → 2 АрФ

Комплекс может подвергаться спонтанному или стимулированному излучению, снижая его энергетическое состояние до метастабильного, но очень сильного. отталкивающее основное состояние. Комплекс в основном состоянии быстро распадается на несвязанные атомы:

2 ArF → 2 Ar + F
2

В результате эксиплексный лазер который излучает энергию на 193 нм, который находится в дальний ультрафиолет часть спектр, что соответствует разности энергий 6,4 электрон-вольт между основным состоянием и возбужденным состоянием комплекса.

Приложения

Наиболее распространенным промышленным применением эксимерных лазеров на ArF является работа в области глубокого ультрафиолета. фотолитография[2][3] для изготовления микроэлектроника устройства (например, полупроводниковые интегральные схемы или «фишки»). С начала 1960-х до середины 1980-х лампы Hg-Xe использовались для литографии на длинах волн 436, 405 и 365 нм. Однако из-за того, что полупроводниковая промышленность нуждалась как в более высоком разрешении (для более плотных и быстрых чипов), так и в более высокой производственной мощности (для более низких затрат), инструменты для литографии на основе ламп больше не могли отвечать требованиям отрасли.

Эта проблема была преодолена, когда в 1982 году в ходе новаторской разработки была изобретена эксимерная лазерная литография в глубоком УФ-диапазоне, которая была продемонстрирована в IBM К. Джайном.[2][3][8] Благодаря феноменальному прогрессу, достигнутому в технологии оборудования за последние два десятилетия, сегодня производство полупроводниковых электронных устройств, изготовленных с использованием эксимерной лазерной литографии, составляет 400 миллиардов долларов в год. В результате это мнение полупроводниковой отрасли.[5] что литография эксимерного лазера (с лазерами как ArF, так и KrF) была решающим фактором в продолжающемся продвижении так называемого закона Мура (который описывает удвоение числа транзисторов в самых плотных кристаллах каждые два года - тенденция, которая имеет продолжалось и в этом десятилетии, когда в 2016 году размеры самых маленьких устройств достигли 10 нанометров)[4] и 7 нм в 2018 году.[6]

С еще более широкой научно-технической точки зрения, с момента изобретения лазера в 1960 году развитие эксимерной лазерной литографии было выделено как одна из основных вех в 50-летней истории лазера.[9][10][11]

УФ-свет ArF-лазера хорошо поглощается биологическими веществами и органическими соединениями. Вместо того, чтобы сжигать или разрезать материал, лазер ArF разлагает молекулярные связи поверхностной ткани, которая распадается в воздухе строго контролируемым образом посредством абляции, а не сжигания. Таким образом, ArF и другие эксимерные лазеры обладают тем полезным свойством, что они могут удалять исключительно тонкие слои поверхностного материала практически без нагрева или изменения остальной части материала, которая остается нетронутой. Эти свойства делают такие лазеры хорошо подходящими для прецизионной микрообработки органических материалов (включая определенные полимеры и пластмассы) и особенно при деликатных операциях, таких как хирургия глаза (например, ЛАСИК, ЛАСЕК ).[12]

Недавно, благодаря использованию новой дифракционной диффузной системы, состоящей из двух массивов микролинз, поверхностная микрообработка лазером ArF на плавленый кварц была выполнена с субмикронной точностью.[13]

Безопасность

Свет, излучаемый ArF, невидим для человеческого глаза, поэтому при работе с этим лазером необходимы дополнительные меры безопасности, чтобы избежать паразитных лучей. Перчатки необходимы для защиты плоти от потенциально возможных канцерогенный свойства УФ-луча и УФ-очки необходимы для защиты глаз.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Бастинг Д., Маровски Г., ред. Эксимерные лазерные технологии, Springer, 2005.
  2. ^ а б c Jain, K .; Willson, C.G .; Лин, Б.Дж. (1982). «Сверхбыстрая глубокая УФ-литография с эксимерными лазерами». Письма об электронных устройствах IEEE. 3 (3): 53–55. Bibcode:1982 IEDL .... 3 ... 53J. Дои:10.1109 / EDL.1982.25476.
  3. ^ а б c Джайн, К. «Лазерная литография эксимеров», SPIE Press, Беллингхэм, Вашингтон, 1990.
  4. ^ а б Samsung начинает первое в отрасли массовое производство систем на кристалле с 10-нанометровой технологией FinFET; https://news.samsung.com/global/samsung-starts-industrys-first-mass-production-of-system-on-chip-with-10-nanometer-finfet-technology
  5. ^ а б Ла Фонтен, Б., «Лазеры и закон Мура», SPIE Professional, октябрь 2010 г., стр. 20.
  6. ^ а б "TSMC начинает массовое производство 7-нм чипов". AnandTech. 2018-04-28. Получено 2018-10-20.
  7. ^ https://spectrum.ieee.org/semiconductors/nanotechnology/euv-lithography-finally-ready-for-chip-manufacturing
  8. ^ Бастинг, Д. и др., «Исторический обзор развития эксимерных лазеров», в Эксимерные лазерные технологии, Д. Бастинг и Г. Маровски, ред., Springer, 2005.
  9. ^ Американское физическое общество / Лазеры / История / Хронология
  10. ^ SPIE / Advancing the Laser / 50 лет и в будущее
  11. ^ Совет по исследованиям в области инженерии и физических наук Великобритании / Лазеры в нашей жизни / 50 лет воздействия В архиве 2011-09-13 на Wayback Machine
  12. ^ Курьян Дж, Чима А., Чак Р.С. (2017). «Лазерная субэпителиальная кератэктомия (LASEK) в сравнении с лазерным кератомилезом на месте (LASIK) для коррекции миопии». Кокрановская база данных Syst Rev. 2: CD011080. Дои:10.1002 / 14651858.CD011080.pub2. ЧВК  5408355. PMID  28197998.
  13. ^ Чжоу, Эндрю Ф. (2011). «Гомогенизация УФ-эксимерного лазерного луча для микрообработки». Письма об оптике и фотонике. 4 (2): 1100022. Дои:10.1142 / S1793528811000226.