Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Лазера фторида аргона (ArF - лазер) представляет собой особый тип эксимерного лазера , [1] , который иногда (более правильно) называется эксиплекса лазер. Обладая длиной волны 193 нм, это лазер глубокого ультрафиолета, который обычно используется в производстве полупроводниковых интегральных схем , хирургии глаза, микрообработке и научных исследованиях. «Эксимер» - это сокращение от «возбужденный димер», а «эксиплекс» - от «возбужденный комплекс». В эксимерном лазере обычно используется смесь благородного газа (аргона, криптона или ксенона) и газообразного галогена (фтор или хлор), которые в подходящих условиях электростимуляции и высокого давления, испускает когерентное вынужденное излучение (лазерный свет) в ультрафиолетовом диапазоне.

Эксимерные лазеры ArF (и KrF) широко используются в машинах для фотолитографии с высоким разрешением , что является одной из важнейших технологий, необходимых для производства микроэлектронных чипов. Литография эксимерного лазера [2] [3] позволила уменьшить размеры элементов транзисторов с 800 нанометров в 1990 году до 7 нанометров в 2018 году. [4] [5] [6] В некоторых случаях машины для ультрафиолетовой литографии заменили машины для фотолитографии ArF, поскольку они позволяют создавать элементы даже меньшего размера при одновременном повышении производительности, поскольку машины EUV могут обеспечить достаточное разрешение за меньшее количество шагов. [7]

Теория [ править ]

Лазер на фториде аргона поглощает энергию из источника, заставляя газообразный аргон реагировать с газообразным фтором с образованием монофторида аргона , временного комплекса , в возбужденном энергетическом состоянии:

2 Ar + F
2 → 2 АрФ

Комплекс может подвергаться спонтанному или стимулированному излучению, понижая свое энергетическое состояние до метастабильного, но сильно отталкивающего основного состояния . Комплекс в основном состоянии быстро распадается на несвязанные атомы:

2 ArF → 2 Ar + F
2

В результате получается эксиплексный лазер, который излучает энергию на длине волны 193 нм, которая находится в дальней ультрафиолетовой части спектра , что соответствует разнице энергий в 6,4 электронвольта между основным состоянием и возбужденным состоянием комплекса.

Приложения [ править ]

Наиболее распространенным промышленным применением эксимерных лазеров ArF была фотолитография в глубоком ультрафиолетовом диапазоне [2] [3] для производства микроэлектронных устройств (например, полупроводниковых интегральных схем или «чипов»). 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 полупроводниковой промышленности требовалось как более высокое разрешение (для более плотных и быстрых чипов), так и более высокая производительность (для более низких затрат), инструменты литографии на основе ламп больше не могли соответствовать 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 точка зрения полупроводниковой промышленности [5]что литография эксимерного лазера (с лазерами ArF и KrF) была решающим фактором в продолжающемся продвижении так называемого закона Мура (который описывает удвоение количества транзисторов в самых плотных кристаллах каждые два года - тенденция, которая имеет продолжалось и в этом десятилетии, при этом размеры самых маленьких устройств достигли 10 нанометров в 2016 году [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]

Ультрафиолетовый свет ArF-лазера хорошо поглощается биологическими веществами и органическими соединениями. Вместо того, чтобы сжигать или разрезать материал, лазер ArF диссоциирует 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, который остается нетронутым. Эти свойства делают такие лазеры хорошо подходящими для точной микрообработки органических материалов (включая определенные полимеры и пластмассы), а также для особо деликатных операций, таких как хирургия глаза (например, LASIK , LASEK ). [12]

В последнее время благодаря использованию новой дифракционной диффузной системы, состоящей из двух массивов микролинз, микрообработка поверхности плавленого кварца с помощью ArF-лазера была выполнена с субмикронной точностью. [13]

Безопасность [ править ]

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 канцерогенных свойств УФ-луча, а для защиты глаз необходимы УФ-очки.

См. Также [ править ]

  • Эксимер
  • Эксимерный лазер
  • Эксимерная лампа
  • Криптон-фторидный лазер
  • Электролазер
  • Лазер Nike
  • Фотолитография
  • Закон Мура

Ссылки [ править ]

  1. ^ Наметки, Д. и Marowsky Г., ред., Эксимер лазерная техника , Springer, 2005.
  2. ^ a b c Jain, K .; Уилсон, CG; Линь, Б.Дж. (1982). «Сверхбыстрая глубокая УФ-литография с эксимерными лазерами». Письма об электронных устройствах IEEE . 3 (3): 53–55. Bibcode : 1982IEDL .... 3 ... 53J . DOI : 10.1109 / EDL.1982.25476 .
  3. ^ a b c Джайн, К. "Литография эксимерного лазера", SPIE Press, Беллингхэм, Вашингтон, 1990.
  4. ^ a b Samsung начинает первое в отрасли массовое производство системы 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. ^ a b Ла Фонтен, Б., «Лазеры и закон Мура» , SPIE Professional, октябрь 2010 г., стр. 20.
  6. ^ a b "TSMC начинает массовое производство 7-нм чипов" . AnandTech. 2018-04-28 . Проверено 20 октября 2018 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  7. ^ https://spectrum.ieee.org/semiconductors/nanotechnology/euv-lithography-finally-ready-for-chip-manufacturing
  8. ^ Наметки, Д. и др., «Исторический обзор развития эксимерных лазеров,» в Эксимер лазерной техники, Д. Сметка и Г. Marowsky, ред., М., 2005.
  9. ^ Американское физическое общество / Лазеры / История / Хронология
  10. ^ SPIE / Advancing the Laser / 50 лет и в будущее
  11. ^ UK Engineering & Physical Sciences Research Council / Lasers in Our Lives / 50 Years of Impact Архивировано 13 сентября 2011 г. в Wayback Machine
  12. ^ Kuryan J, Чима A, Chuck RS (2017). «Лазерная субэпителиальная кератэктомия (LASEK) в сравнении с лазерным кератомилезом in situ (LASIK) для коррекции миопии» . Cochrane Database Syst Rev . 2 : CD011080. DOI : 10.1002 / 14651858.CD011080.pub2 . PMC 5408355 . PMID 28197998 .  
  13. ^ Чжоу, Эндрю Ф. (2011). «Гомогенизация УФ-эксимерного лазерного луча для микрообработки». Письма об оптике и фотонике . 4 (2): 1100022. DOI : 10,1142 / S1793528811000226 .