Loại công nghệ mà các nhà nghiên cứu Trung Quốc đạt được liên quan đến loại tia laser cực tím sâu (DUV) trạng thái rắn “đột phá” có khả năng phát ra ánh sáng đồng nhất với bước sóng 193 nm, được ứng dụng trong quang khắc bán dẫn trong phòng thí nghiệm.
Công nghệ đột phá được Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc thực hiện.
Theo báo cáo của Society for Optics & Photonics, nếu công nghệ này được mở rộng, nó có thể trở thành nguồn sáng cho việc chế tạo các công cụ quang khắc chip bằng công nghệ quy trình tiên tiến. Tuy nhiên, khả năng mở rộng của laser trạng thái rắn này vẫn còn chưa rõ ràng. Cần lưu ý rằng hệ thống của CAS hiện vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu và chỉ là một phương tiện thử nghiệm.
Trước khi tìm hiểu về phương pháp của CAS, chúng ta hãy điểm qua quy trình công nghiệp hiện tại mà các công ty như ASML, Canon và Nikon đang sử dụng để tạo ra ánh sáng 193 nm cho máy in thạch bản DUV.
Máy quang khắc DUV của ASML, Canon và Nikon tạo ra ánh sáng 193 nm bằng cách sử dụng laser excimer argon fluoride (ArF). Trong buồng laser, hỗn hợp khí argon và flo cùng với khí đệm như neon được kích thích bởi các xung điện áp cao, tạo ra phân tử không ổn định ArF.
Khi phân tử này trở về trạng thái cơ bản, nó giải phóng photon với bước sóng 193 nm. Tia laser này phát ra các photon dưới dạng xung năng lượng cao, ngắn, với công suất đầu ra từ 100W đến 120W và tần số từ 8 kHz đến 9 kHz cho các công cụ DUV hiện đại. Sau đó, chùm tia 193 nm được dẫn qua hệ thống quang học để định hình và ổn định ánh sáng trước khi chiếu qua mặt nạ quang học chứa mẫu chip.
Trong khi đó, hệ thống thử nghiệm của CAS tạo ra ánh sáng 193 nm bằng phương pháp trạng thái rắn hoàn toàn, không sử dụng laser excimer dựa trên khí. Quy trình bắt đầu với bộ khuếch đại tinh thể Yb:YAG tự chế, tạo ra chùm tia laser 1030 nm. Chùm tia này được chia thành hai đường dẫn quang học, mỗi đường dẫn trải qua quy trình quang học khác nhau để tạo ra các thành phần cần thiết cho ánh sáng 193 nm.
Trung Quốc tiến dần đến việc tạo ra máy DUV chất lượng cao mà không cần đến ASML.
Trong đường dẫn đầu tiên, chùm tia 1030 nm được chuyển đổi thành chùm tia 258 nm thông qua quá trình tạo sóng hài bậc bốn (FHG) với công suất đầu ra 1,2 W. Đường dẫn thứ hai sử dụng nửa còn lại của chùm tia 1030 nm để bơm bộ khuếch đại tham số quang, tạo ra chùm tia 1553 nm với công suất 700 mW.
Hai chùm tia này sau đó được kết hợp trong các tinh thể triborate lithium (LBO) để tạo ra ánh sáng đồng nhất 193 nm với công suất trung bình 70 mW và tần số 6 kHz. Hệ thống thử nghiệm của CAS đạt được độ rộng vạch hẹp dưới 880 MHz, với hiệu suất quang phổ tương đương các hệ thống thương mại hiện tại.
Mặc dù hệ thống CAS đã chứng minh khả năng, nhưng công suất đầu ra thấp khiến nó chưa phù hợp cho sản xuất chất bán dẫn thương mại, nơi yêu cầu thông lượng cao và tính ổn định trong quy trình. Có thể sẽ cần nhiều thế hệ phát triển nữa để biến công nghệ này thành nguồn sáng khả thi cho sản xuất chip.
Khi hệ thống hoàn thiện, ngành bán dẫn Trung Quốc hoàn toàn có thể thoát khỏi các lệnh trừng phạt từ Mỹ, đặc biệt trong bối cảnh ASML bị cấm cung cấp máy quang khắc EUV cũng như DUV cho các công ty Trung Quốc.
