Des scientifiques chinois mettent au point un laser DUV à l'état solide pour la lithographie des semi-conducteurs

Des scientifiques de l'Académie chinoise des sciences (CAS) ont réalisé une percée significative dans le développement d'un laser à ultraviolet profond (DUV) à l'état solide qui génère un faisceau cohérent de 193 nm - exactement la longueur d'onde nécessaire à la fabrication de semi-conducteurs à la pointe de la technologie qui génère un faisceau cohérent de 193 nm - exactement la longueur d'onde nécessaire à la fabrication de semi-conducteurs de pointe.

Ce laser expérimental à l'état solide, décrit dans un article publié par la Société internationale d'optique et de photonique (SPIE), représente une alternative potentielle aux lasers à excimère à base de gaz actuellement utilisés dans les équipements de photolithographie d'entreprises telles que ASML, Canon et Nikon.

Les systèmes de lithographie modernes s'appuient sur cette longueur d'onde spécifique de 193 nm pour graver des motifs très détaillés sur les plaquettes de silicium destinées à la production de puces. Jusqu'à présent, cette opération était généralement réalisée à l'aide de lasers excimères au fluorure d'argon (ArF), qui utilisent une combinaison toxique d'argon, de fluor et de néon. En raison des matériaux toxiques utilisés, ces systèmes sont complexes, coûteux et nécessitent une manipulation minutieuse.

Cependant, l'équipe du CAS adopte une approche entièrement à l'état solide, évitant complètement le gaz en s'appuyant uniquement sur les cristaux et l'optique. Leur système commence par un amplificateur à cristal Yb:YAG générant un faisceau infrarouge à 1030 nm. Il divise ensuite le faisceau en deux voies distinctes :

• Le premier transforme le faisceau de 1030 nm en 258 nm par le biais de la génération de quatrième harmonique (FHG), ce qui donne une puissance de sortie d'environ 1,2 W
• Le second chemin utilise un amplificateur paramétrique optique pour produire un faisceau de 1553 nm à une puissance d'environ 700 mW

Ces deux faisceaux se combinent ensuite à travers une série de cristaux de triborate de lithium (LBO) pour atteindre la longueur d'onde ciblée de 193 nm.

Cette conception à l'état solide offre plusieurs avantages potentiels, notamment une sécurité accrue grâce à l'absence de produits chimiques toxiques, une complexité opérationnelle réduite et des besoins de maintenance moindres que pour les systèmes à base de gaz.

Cependant, des défis importants doivent être relevés avant que ce système ne devienne commercialement pratique. Le prototype actuel ne gère que 70 mW de puissance à 6 kHz, ce qui est inférieur aux 100-120 W à 8-9 kHz que produisent les lasers à excimère industriels. Le laser CAS a une largeur de raie inférieure à 880 MHz, ce qui, selon l'équipe, correspond à la pureté spectrale des lasers commerciaux.

La mise à l'échelle de cette technologie pour répondre aux exigences industrielles représenterait une percée pour l'équipement de fabrication des semi-conducteurs. Toutefois, compte tenu de la nature expérimentale de cette recherche, nous devrons probablement attendre un certain temps avant de voir une mise en œuvre pratique de cette technologie.