Криптон-фторидный лазер - Krypton fluoride laser

А криптон фторидный лазер (KrF лазер) - это особый тип эксимерный лазер,[1] который иногда (правильнее) называют эксиплексным лазером. Благодаря длине волны 248 нанометров это лазер глубокого ультрафиолета, который обычно используется в производстве полупроводников. интегральные схемы, промышленная микрообработка и научные исследования. Период, термин эксимер сокращенно от «возбужденный димер», а эксиплекс - от «возбужденного комплекса». Эксимерный лазер обычно содержит смесь: благородного газа, такого как аргон, криптон или ксенон; и газообразный галоген, такой как фтор или хлор. При достаточно интенсивных условиях электромагнитной стимуляции и давления смесь испускает пучок когерентного стимулированного излучения в виде свет лазера в ультрафиолетовом диапазоне.

Эксимерные лазеры на KrF и ArF широко используются в системах высокого разрешения. фотолитография машины, один из важнейших инструментов, необходимых для микроэлектроника изготовление микросхем нанометрового размера. Эксимерная лазерная литография[2][3] позволил уменьшить размеры элементов транзисторов 800 нанометров в 1990 г. до 10 нанометров в 2016 г.[4][5]

Теория

Лазер на фториде криптона поглощает энергию из источника, вызывая криптон газ реагировать с фтор газ, образующий эксиплекс фторид криптона, временный сложный в возбужденном энергетическом состоянии:

2 Кр + F
2 → 2 KrF

Комплекс может подвергаться спонтанному или стимулированному излучению, снижая его энергетическое состояние до метастабильного, но сильно отталкивающее основное состояние. Комплекс в основном состоянии быстро распадается на несвязанные атомы:

2 KrF → 2 Kr + F
2

В результате эксиплексный лазер который излучает энергию на 248 нм, около ультрафиолетовый часть спектр, что соответствует разности энергий между основным и возбужденным состояниями комплекса.

Приложения

Наиболее распространенным промышленным применением эксимерных лазеров на KrF является работа в области глубокого ультрафиолета. фотолитография[2][3] для изготовления микроэлектроника устройства (например, полупроводниковые интегральные схемы или «фишки»). С начала 1960-х до середины 1980-х лампы Hg-Xe использовались для литографии на длинах волн 436, 405 и 365 нм. Однако из-за потребности полупроводниковой промышленности в более высоком разрешении (для более плотных и быстрых чипов) и в более высокой производственной мощности (для снижения затрат) инструменты для литографии на основе ламп больше не могли соответствовать требованиям отрасли. Эта проблема была преодолена, когда в 1982 году К. Джайн продемонстрировал в IBM новаторскую разработку эксимерной лазерной литографии в глубоком УФ-диапазоне.[2][3][6] Благодаря феноменальному прогрессу, достигнутому в оборудовании и технологиях за последние два десятилетия, объем производства современных полупроводниковых электронных устройств, изготовленных с использованием эксимер-лазерной литографии, составляет более 400 миллиардов долларов в год. В результате это мнение полупроводниковой отрасли.[4] что эксимерная лазерная литография (с лазерами KrF и ArF) была решающим фактором в предсказательной способности Закон Мура. С еще более широкой научно-технической точки зрения: с момента изобретения лазера в 1960 году развитие эксимерной лазерной литографии было выделено как одна из основных вех в 50-летней истории лазера.[7][8][9]

KrF-лазер был полезен в термоядерная реакция Сообщество исследователей энергии в экспериментах по инерционному удержанию. Этот лазер имеет высокую однородность луча, короткую длину волны и функцию регулируемого размера пятна.

В 1985 г. Лос-Аламосская национальная лаборатория завершили пробный запуск экспериментального KrF-лазера с уровнем энергии 1.0 × 104 джоули. Лазерно-плазменный филиал Лаборатория военно-морских исследований завершил KrF-лазер, названный Лазер Nike который может производить около 4,5 × 103 джоулей выходной энергии УФ в 4 наносекунда пульс. Кент А. Гербер был движущей силой этого проекта. Последний лазер используется в экспериментах по ограничению лазерного излучения.

Этот лазер также использовался для получения мягкого рентгеновского излучения от плазма, путем облучения короткими импульсами этого лазерного света. Другие важные приложения включают манипулирование различными материалами, такими как пластик, стекло, хрусталь, композитные материалы и живые ткани. Свет от этого УФ лазер сильно поглощается липиды, нуклеиновые кислоты и белки, что делает его полезным для применения в медицинской терапии и хирургии.

Безопасность

Свет, излучаемый KrF, невидим для человеческого глаза, поэтому при работе с этим лазером необходимы дополнительные меры безопасности, чтобы избежать паразитных лучей. Перчатки необходимы для защиты плоти от потенциально возможных канцерогенный свойства УФ-луча и УФ-очки необходимы для защиты глаз.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Бастинг Д., Маровски Г., ред. Эксимерные лазерные технологии, Спрингер, 2005.
  2. ^ а б c Jain, K .; Willson, C.G .; Лин, Б.Дж. (1982). «Сверхбыстрая глубокая УФ-литография с эксимерными лазерами». Письма об электронных устройствах IEEE. 3 (3): 53–55. Bibcode:1982 IEDL .... 3 ... 53J. Дои:10.1109 / EDL.1982.25476.
  3. ^ а б c Джайн, К. "Лазерная литография эксимеров", SPIE Press, Беллингхэм, Вашингтон, 1990.
  4. ^ а б Ла Фонтен, Б., «Лазеры и закон Мура», SPIE Professional, октябрь 2010 г., стр. 20.
  5. ^ Samsung начинает первое в отрасли массовое производство системы на кристалле с 10-нанометровой технологией FinFET; https://news.samsung.com/global/samsung-starts-industrys-first-mass-production-of-system-on-chip-with-10-nanometer-finfet-technology
  6. ^ Бастинг, Д. и др., «Исторический обзор развития эксимерных лазеров», в Excimer Laser Technology, Д. Бастинг и Г. Маровски, ред., Springer, 2005.
  7. ^ Американское физическое общество / Лазеры / История / Хронология
  8. ^ SPIE / Advancing the Laser / 50 лет и в будущее
  9. ^ Совет по исследованиям в области инженерии и физических наук Великобритании / Лазеры в нашей жизни / 50 лет воздействия В архиве 2011-09-13 на Wayback Machine

внешняя ссылка