舊晶體新概念  更經濟的高功率深紫外線雷射光刻

編譯/高晟鈞

深紫外光(DUV)波長的相干光源對於光刻、缺陷檢測、計量和光譜學的應用極為重要。高功率的193nm雷射器作為由ArF振盪器和放大器組成的系統,在過去30年中,一直是半導體製程領域最可靠、使用最廣泛的光刻光源。

研究團隊使用具有窄線寬的193 nm固態雷射取代ArF振盪器,開發出名為「混合ArF準分子雷射」的光刻裝置。圖取自 Innovations

然而,傳統ArF準分子雷射的相干性,限制了它們在需要高解析度圖案應用(如乾涉光刻)中的有效性,因此研究團隊使用具有窄線寬的193 nm固態雷射取代ArF振盪器,開發出名為「混合ArF準分子雷射」的光刻裝置,大幅提升了圖案精度和光刻速度。

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半導體光刻膠分類

光阻劑(Photoresist)又稱光刻膠,指通過紫外光、電子束、離子束、X光等光照或輻射,使其溶解度產生變化的耐蝕刻薄膜材料,是光刻工藝中的主要材料,多用於半導體與積體電路的細微圖形加工。

光刻膠按應用領域分類,可分為PCB光刻膠、顯示面板光刻膠、半導體光刻膠,其中以半導體光刻膠的生產難度為最。

半導體光刻膠根據曝光光源波長不同來分類,分別是紫外全譜(300~450nm)、G線(436nm)、I線(365nm)、深紫外光(DUV,包括248nm和193nm)和極紫外光(EUV)。相對應於各曝光波長的光刻膠也由此而生:g線、i線、KrF(248nm)、ArF(193nm)、EUV光刻膠。通常來說,波長越短、加工解析度越佳。 

目前主流半導體製程工藝多用於8吋與12吋晶片,因此KrF和ArF可說是統治了過去30年的晶圓製造市場,分別占比21%和42%。根據目前的技術來看,在7nm製程的EUV技術成熟前,ArF光刻膠仍將是市場主流。

混和ArF準分子雷射

建構基於固態雷射的DUV光源的常見方法是透過近紅外光的多級變頻,以固體或光纖雷射作為泵浦源,通過雷射泵送給一個固體增益介質(大多為一種晶體,如紅寶石),通過多次轉換獲得明亮的深紫外光。

對此,研究團隊採用了LBO晶體作為泵浦源,成功實現了具有窄線寬、60mw(毫瓦)功率的193 nm固態DUV雷射器。值得注意的是其出色的轉換效率,221至193 nm為27%,258至193 nm為3%,展示了LBO晶體在產生經濟、高效的高功率DUV雷射系統的巨大潛力。

這些進步不僅突破了深紫外線雷射技術的界限,而且有望徹底改變科學和工業領域的無數應用。

資料來源: Innovations

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