Laser fluorkowo-argonowy

Laser fluorkowo-argonowy (laser ArF) jest szczególnym typem lasera ekscymerowego , który jest czasami (bardziej poprawnie) nazywany laserem exciplex. Dzięki długości fali 193 nanometrów jest to laser głębokiego ultrafioletu, który jest powszechnie stosowany w produkcji półprzewodnikowych układów scalonych , chirurgii oka, mikroobróbce i badaniach naukowych. „Excimer” jest skrótem od „wzbudzonego dimeru”, podczas gdy „exciplex” jest skrótem od „wzbudzonego kompleksu”. Laser ekscymerowy zazwyczaj wykorzystuje mieszaninę gazu szlachetnego (argonu, kryptonu lub ksenonu) i gazu halogenowego (fluoru lub chloru), który w odpowiednich warunkach stymulacji elektrycznej i wysokiego ciśnienia emituje spójne promieniowanie wymuszone (światło laserowe) w zakres ultrafioletu.

fotolitograficznych o wysokiej rozdzielczości , krytycznej technologii produkcji chipów mikroelektronicznych . Ekscymerowa litografia laserowa umożliwiła zmniejszenie rozmiarów tranzystorów z 800 nanometrów w 1990 r. do 7 nanometrów w 2018 r . Maszyny do litografii w ekstremalnym ultrafiolecie zastąpiły w niektórych przypadkach maszyny do fotolitografii ArF, ponieważ umożliwiają jeszcze mniejsze rozmiary elementów przy jednoczesnym zwiększeniu wydajności, ponieważ maszyny EUV mogą zapewnić wystarczającą rozdzielczość w mniejszej liczbie kroków.

Rozwój litografii laserem ekscymerowym został uznany za jeden z głównych kamieni milowych w 50-letniej historii lasera.

Teoria

Laser z fluorkiem argonu pochłania energię ze źródła, powodując reakcję gazowego argonu z gazowym fluorem , w wyniku czego powstaje monofluorek argonu, tymczasowy kompleks , w wzbudzonym stanie energetycznym:

2 Ar + F
2 → 2 Ar F

Kompleks może ulegać spontanicznej lub stymulowanej emisji, redukując swój stan energetyczny do metastabilnego, ale wysoce odpychającego stanu podstawowego . Kompleks stanu podstawowego szybko dysocjuje na niezwiązane atomy:

2 ArF → 2 Ar + F
2

Rezultatem jest laser exciplex , który emituje energię przy 193 nm, która leży w dalekim ultrafiolecie części widma , co odpowiada różnicy energii 6,4 elektronowoltu między stanem podstawowym a stanem wzbudzonym kompleksu.

Aplikacje

Najbardziej rozpowszechnionym przemysłowym zastosowaniem laserów ekscymerowych ArF jest fotolitografia w głębokim ultrafiolecie do produkcji urządzeń mikroelektronicznych (tj. półprzewodnikowych układów scalonych lub „układów scalonych”). Od wczesnych lat sześćdziesiątych do połowy lat osiemdziesiątych lampy Hg-Xe były używane do litografii przy długościach fal 436, 405 i 365 nm. Jednak w związku z zapotrzebowaniem przemysłu półprzewodnikowego zarówno na lepszą rozdzielczość (dla gęstszych i szybszych układów scalonych), jak i wyższą przepustowość produkcji (przy niższych kosztach), narzędzia litograficzne oparte na lampach nie były już w stanie sprostać wymaganiom branży.

K. Jain wynalazł litografię laserową ekscymerową głębokiego UV i zademonstrował ją w IBM . Dzięki postępowi w technologii sprzętu w następnych dwóch dekadach, półprzewodnikowe urządzenia elektroniczne wytwarzane przy użyciu ekscymerowej litografii laserowej osiągnęły 400 miliardów dolarów rocznej produkcji. W rezultacie litografia laserem ekscymerowym (zarówno z laserami ArF, jak i KrF) była kluczowym czynnikiem w dalszym postępie tak zwanego prawa Moore'a .

Światło UV z lasera ArF jest dobrze absorbowane przez materię biologiczną i związki organiczne. Zamiast spalać lub ciąć materiał, laser ArF dysocjuje wiązania molekularne tkanki powierzchniowej, która rozpada się w powietrzu w ściśle kontrolowany sposób poprzez ablację , a nie spalanie. Tak więc ArF i inne lasery ekscymerowe mają tę użyteczną właściwość, że mogą usuwać wyjątkowo cienkie warstwy materiału powierzchniowego prawie bez nagrzewania lub zmiany pozostałej części materiału, który pozostaje nienaruszony. Te właściwości sprawiają, że takie lasery doskonale sprawdzają się w precyzyjnej mikroobróbce materiałów organicznych (w tym niektórych polimerów i tworzyw sztucznych), a także w szczególnie delikatnych operacjach, takich jak chirurgia oka (np. LASIK , LASEK ).

Ostatnio, dzięki zastosowaniu nowatorskiego dyfrakcyjnego systemu dyfuzyjnego składającego się z dwóch układów mikrosoczewkowych, przeprowadzono mikroobróbkę powierzchni za pomocą lasera ArF na topionej krzemionce z dokładnością submikrometrową.

Laboratorium Badawcze Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych rozpoczęło prace nad ArF do zastosowania w syntezie jądrowej w uwięzieniu bezwładnościowym , zapewniając do 16% efektywności energetycznej.

Bezpieczeństwo

Światło emitowane przez ArF jest niewidoczne dla ludzkiego oka, dlatego podczas pracy z tym laserem konieczne są dodatkowe środki ostrożności, aby uniknąć rozproszonych wiązek. Rękawiczki są potrzebne do ochrony mięsa przed jego potencjalnie rakotwórczymi właściwościami, a okulary UV są potrzebne do ochrony oczu.

Zobacz też

Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Argon_fluoride_laser&oldid=1128796636 ”