Científicos chinos desarrollan un láser DUV de estado sólido para la litografía de semiconductores

Científicos de la Academia China de Ciencias (CAS) han logrado un avance significativo en el desarrollo de un láser ultravioleta profundo (DUV) de estado sólido https://interestingengineering.com/innovation/china-solid-state-uv-laser-transform-chipmaking que genera un haz coherente de 193 nm, exactamente la longitud de onda necesaria en la fabricación de semiconductores de última generación.

Este láser experimental de estado sólido, descrito en un artículo publicado por la Sociedad Internacional de Óptica y Fotónica (SPIE), representa una alternativa potencial a los láseres de excímeros basados en gas que se utilizan actualmente en los equipos de fotolitografía de empresas como ASML, Canon y Nikon.

Los sistemas litográficos modernos dependen de esa longitud de onda específica de 193 nm para grabar patrones superdetallados en obleas de silicio para la producción de chips. Hasta ahora, esto se solía hacer con láseres excimer de fluoruro de argón (ArF), que utilizan una combinación tóxica de argón, flúor y neón. Debido a los materiales tóxicos implicados, estos sistemas son complejos, caros y exigen un manejo cuidadoso.

Sin embargo, el equipo del CAS toma una ruta totalmente en estado sólido, evitando por completo el gas al confiar únicamente en los cristales y la óptica. Su sistema comienza con un amplificador de cristal Yb:YAG que genera un haz infrarrojo a 1030 nm. A continuación, divide el haz en dos trayectorias separadas:

• Una trayectoria transforma el haz de 1030 nm en 258 nm mediante la generación de cuarto armónico (FHG), lo que proporciona una potencia de salida de unos 1,2 W
• El segundo camino utiliza un amplificador paramétrico óptico para producir un haz de 1553 nm a unos 700 mW

A continuación, estos dos haces se combinan a través de una serie de cristales de triborato de litio (LBO) para alcanzar la longitud de onda objetivo de 193 nm.

Este diseño de estado sólido ofrece varias ventajas potenciales, entre ellas una mayor seguridad sin productos químicos tóxicos, una menor complejidad operativa y menos requisitos de mantenimiento que los sistemas basados en gas.

Aún así, deben resolverse importantes retos antes de que resulte comercialmente práctico. Su prototipo actual gestiona sólo 70 mW de potencia a 6 kHz, por debajo de los 100-120 W a 8-9 kHz que producen los láseres de excímero industriales. El láser CAS tiene un ancho de línea inferior a 880 MHz, lo que, según el equipo, está a la altura de la pureza espectral de los láseres comerciales.

Ampliar esta tecnología para que se ajuste a los requisitos industriales supondría un gran avance para los equipos de fabricación de semiconductores. Pero, teniendo en cuenta la naturaleza experimental de esta investigación, probablemente tendremos que esperar un tiempo antes de ver alguna aplicación práctica de la tecnología.