中国の科学者らがチップ製造ツール向けの画期的な固体DUVレーザー光源を開発

（画像提供：ASML）

国際光学光技術学会（SPIE）の報告によると、中国科学院（CAS）の研究者らは、半導体フォトリソグラフィーに用いられるコヒーレントな193nm光を発する「画期的な」固体深紫外線（DUV）レーザーを研究室で開発した。

光源技術のスケールアップが実現すれば、このデバイスは、高度なプロセス技術を用いてチップを製造するリソグラフィー装置の構築に利用できる可能性がある。しかし、固体レーザーのスケールアップに関する見通しは未だ不明である。

伝統的なアプローチ

ASML、キヤノン、ニコン製のDUVリソグラフィ装置は、フッ化アルゴン（ArF）エキシマレーザーを用いて193nmの光を生成します。レーザーチャンバー内には、アルゴンとフッ素の混合ガスと、ネオンなどの緩衝ガスが封入されています。高電圧の電気パルスが印加されると、アルゴン原子とフッ素原子は励起され、一時的にArF（またはエキシマ）と呼ばれる不安定な分子を形成します。この分子はすぐに基底状態に戻り、193nmの波長の光子を放出します。

レーザーは、これらの光子を、最大100W～120Wの出力と、最新の液浸DUV装置に適した8kHz～9kHzの周波数で、短く高エネルギーのパルスとして放射します。193nmのビームは、光を整形、誘導、安定化する光学系を通過します。そして、リソグラフィースキャナーに送られ、チップパターンが刻まれたフォトマスクを通過します。

CASアプローチ

中国科学院が開発した試験装置は、ガスベースのエキシマレーザーを一切使用せず、完全固体化技術を用いて193nmの光を生成する。まず、自作のYb:YAG結晶増幅器から1030nmのレーザービームが生成される。このビームは2つの光路に分割され、それぞれ異なる光学プロセスを経て、193nm光の生成に必要な構成要素が生成される。

最初の経路では、1030 nmのビームが第四高調波発生（FHG、レーザービームを元の波長の4分の1、この場合は258 nmのビームに変換する非線形光学プロセス）によって258 nmのビームに変換されます。この部分の出力は1.2 Wです。2番目の経路では、1030 nmのビームの残りの半分が光パラメトリック増幅器の励起に使用され、700 mWの出力を持つ1553 nmのビームが生成されます。

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258 nmと1553 nmの2つのビームは、カスケード接続された三ホウ酸リチウム（LBO）結晶内で結合され、6 kHzの周波数で動作し、平均出力70 mWの波長193 nmのコヒーレント光を生成します。CASによると、この試験システムの線幅は880 MHz未満で、スペクトル純度において現在使用されている商用システムに匹敵する性能を備えています。