Cientistas chineses criam laser de estado sólido avançado para litografia DUV de semicondutores

Cientistas chineses construíram um sistema compacto de laser de estado sólido que gera luz coerente com comprimento de onda de 193 nm. Esta invenção promete avanços na litografia de semicondutores e outras áreas tecnológicas.

Fonte da imagem: spie.org

Lasers ultravioleta profundos (DUV) com altas energias de fótons e comprimentos de onda curtos são usados ​​em litografia de semicondutores, espectroscopia de alta resolução, processamento de materiais de precisão e tecnologias quânticas. Eles se distinguem pela alta coerência e baixo consumo de energia em comparação aos lasers excimer ou de descarga de gás, o que significa que é possível criar instalações compactas.

Cientistas chineses fizeram progressos significativos e construíram um sistema compacto de laser de estado sólido capaz de gerar um feixe coerente com comprimento de onda de 193 nm, de acordo com um relatório publicado no periódico científico revisado por pares Advanced Photonics Nexus. Esse comprimento de onda é essencial na litografia de semicondutores, o processo de gravação de padrões complexos em pastilhas de silício que formam a base da eletrônica moderna.

O sistema de laser opera a uma taxa de repetição de pulso de 6 kHz, usa um amplificador de cristal Yb:YAG (granada de ítrio-alumínio dopada com itérbio) e produz um laser com comprimento de onda de 1030 nm. O feixe é dividido em duas partes: uma passa por um cristal não linear onde sofre geração de quarto harmônico para produzir um feixe de 258 nm com uma potência de saída de 1,2 W; o segundo atua no amplificador paramétrico óptico, gerando um laser de 1553 nm com potência de 700 mW. Eles são então combinados em cristais LBO (triborato de lítio – LiB₃O₅) em cascata para produzir um laser de 193 nm, atingindo uma potência média de 70 mW com uma largura de linha inferior a 880 MHz. Antes da mistura de frequência, os pesquisadores introduziram uma placa de fase espiral no feixe de 1553 nm, o que gerou um feixe de vórtice com momento angular orbital — um feixe de laser espiral.

Assim, os cientistas conseguiram produzir pela primeira vez um feixe de laser de vórtice com comprimento de onda de 193 nm em um dispositivo de estado sólido. Ele pode ser usado para semear lasers excimer de fluoreto de argônio híbrido (ArF), em litografia de pastilhas de silício, detecção de defeitos, comunicação quântica e micromanipulação óptica. O sistema oferece maior eficiência e precisão para litografia de semicondutores e abre novas possibilidades para tecnologias de fabricação. A geração de um feixe de vórtice com comprimento de onda de 193 nm promete novos avanços neste campo, chegando até o ponto de revolucionar a produção eletrônica.