گازهای لیزر اگزایمر

یک برنامه هیجان انگیز برای لیتوگرافی
درخشش الکتریکی رنگارنگ و آشنای تابلوهای نئونی می تواند با افزودن مقادیر کمی از گازهای ساده به ابزاری قدرتمند و نامرئی، برای ساخت ریزتراشه های پیشرفته تبدیل شود. آنها را لیزرهای اگزایمر می نامند زیرا نور توسط دایمرهای برانگیخته دو مولکول ساطع می شود.
در اینجا تحریک مخلوط گاز اگزایمر در یک لوله تخلیه لیزری مشاهده می شود. مخلوط گاز به محفظه ای به نام تشدید کننده وارد می شود و جریان الکتریکی از آن عبور می کند. الکترون های موجود در اتم های مولکول های گاز جریان را جذب میکنند و برانگیخته می شوند. آنها شروع به حرکت از مدار کم انرژی به مدار انرژی بیشتر در اطراف هسته اتم می کنند و در این فرآیند ذرات نور ساطع می کنند.
آنها طول موج های خاصی از نور را در طیف فرابنفش عمیق (DUV) تولید می کنند که دارای طول موج هایی حتی کوتاه تر از طول موج های تولید شده توسط خورشید است. این لیزرها برای کمک به الگوسازی مدار ریزتراشه ها، لایه های نواری ترانزیستورها به هم و حتی اصلاح دید ما استفاده می شوند.
مخلوط گازهای لیزر اگزایمر ترکیبی از گازهای کمیاب (آرگون، کریپتون، زنون یا نئون) و گازهای هالوژن (فلورین یا کلر) هستند. مخلوط گازها طول موج نور DUV تولید شده را تعیین می کند. آرگون + فلوئور + نئون (193 نانومتر) و کریپتون + فلوئور + نئون (248 نانومتر) دو مخلوط رایج مورد استفاده هستند. از نظر حجم؛ نئون تقریباً 96- 97.5٪ از مخلوط را تشکیل می دهد.
نئون، کریپتون و زنون، همراه با هلیوم و آرگون، گازهای کمیاب محسوب می شوند و فقط به مقدار کمی در هوا وجود دارند. بزرگترین واحدهای جداسازی هوا (ASUs) می توانند هر دو روز مقداری زنون به اندازه حجم یک سیلندر تولید کنند.
زنون و کریپتون نقطه جوش بالاتری نسبت به اکسیژن مایع دارند و در یک ستون جداگانه جمع‌آوری می‌شوند که برای حذف ناخالصی‌های هیدروکربنی و اکسیژن طراحی شده است و مخلوط خامی از 90 درصد کریپتون و 7 تا 8 درصد زنون باقی می‌ماند که بیشتر در خارج از محل تصفیه می‌شود. نئون که نقطه جوش کمتری نسبت به اکسیژن دارد، معمولاً از ستون فشار پایین تر یک ASU همراه با نیتروژن استخراج می شود. محصول خام حاوی 50 درصد نئون است و به یک کارخانه غنی‌سازی جداگانه منتقل می‌شود تا با استفاده از فناوری‌های جداسازی برودتی خالص شود. این امر تولید، تصفیه و ذخیره این گازها را بسیار چالش برانگیز می کند. سنگین ترین گازهای کمیاب – کریپتون و زنون – در دمای بالاتر از نقطه تراکم اجزای اصلی هوا که نیتروژن، اکسیژن و آرگون هستند به صورت مایع از هوا خارج می شوند. سپس آرگون با تقطیر جزئی هوای مایع از اکسیژن و نیتروژن جدا می شود.
مقادیر صنعتی فلوئور از طریق الکترولیز مخلوط مذاب فلوراید پتاسیم / هیدروژن فلوراید تولید می شود. فلوئور به صورت گاز تولید می شود که به سطح مخلوط حباب می زند. پس از گرفتن، فلوئور خالص شده و با دقت بسته بندی می شود تا به طور ایمن این گاز بسیار واکنش پذیر را در خود جای دهد. مخلوط‌های خاصی از گازهای کمیاب با هالوژن‌ها به دقت در سیلندرهایی که به‌طور ویژه آماده شده‌اند مخلوط می‌شوند تا از یکنواختی و عمر طولانی نگهداری، اطمینان حاصل شود.
برنامه های کاربردی
• فوتولیتوگرافی: فرآیندی است که در ریزتراشه ها استفاده می شود. یک اسکنر مانند یک پروژکتور اسلاید عمل می کند. برای ساخت الگو در بخش‌هایی از یک فیلم نازک یا روی کل یک ویفر استفاده می‌شود. این الگویی است که مدار دقیق ریزتراشه را تشکیل می دهد.
• آنیلینگ: لیزرهای اگزایمر نیز در ساخت صفحه نمایش های با کیفیت بالاتر و با وضوح و رنگ بهتر استفاده می شود. از پرتو لیزر برای گرم کردن و ادغام چندین لایه نازک با هم استفاده می شود و دستگاه را سریعتر و انرژی را کارآمدتر می کند.
• پزشکی: لیزرهای اگزایمر طول موج هایی در حدود 200 نانومتر تولید می کنند و می توانند دقیقاً مواد را از طریق فرسایش به جای تبخیر حذف کنند. فرسایش از آسیب حرارتی به مواد اطراف جلوگیری می کند و بنابراین در صورت استفاده برای برش بافت انسانی منجر به کمترین اسکار می شود. این خاصیت آن را برای استفاده در جراحی های اصلاحی چشم و درمان برخی بیماری های پوستی ایده آل می کند.
• بازار: بازار فعلی گازهای لیزر در الکترونیک حدود 300 میلیون لیتر در سال است و در حال رشد است. این رشد ناشی از رشد کلی ظرفیت تولید ریزتراشه است که انتظار می‌رود از سال 2016 تا 2023 با 6% CAGR (نرخ رشد سالانه مرکب) افزایش یابد.
آینده
EUV• (لیتوگرافی فرابنفش شدید) یک فناوری لیتوگرافی نسل بعدی است که برای امکان انقباض بیشتر ویژگی ها در ریزتراشه ها در حال توسعه است و به طور غیرمستقیم از دی اکسید کربن (CO2) و هیدروژن استفاده می کند. EUV طول موج بسیار کمی از نور – 13.5 نانومتر – تولید می کند که به تولیدکنندگان تراشه امکان می دهد مراحل الگوبرداری کمتری را در مقایسه با DUV انجام دهند. نور EUV با استفاده از منبع نور غیر مستقیم تولید می شود. یک پرتو لیزر تولید شده با استفاده از لیزر CO2 برای برخورد به یک قطره قلع کوچک استفاده می شود که به نوبه خود نور EUV تولید می کند. مقداری از باقی مانده قلع در جمع کننده جمع می شود و این محفظه باید به طور منظم با استفاده از هیدروژن تمیز شود. خود لیزر CO2 با استفاده از مخلوطی از نیتروژن با خلوص بالا، هلیوم و دی اکسید کربن تولید می شود. EUV تا حد زیادی مکمل لیتوگرافی DUV خواهد بود و در آینده نزدیک جایگزین آن نخواهد شد. گازهای لیزر اگزایمر در ساخت ویژگی های دستگاه کوچکتر مانند ترانزیستورها و خازن ها بسیار مهم هستند. این به جمع‌آوری قدرت محاسباتی بیشتر در واحد کوچک‌تر کمک می‌کند و در نتیجه دستگاه‌های الکترونیکی ما را بسیار سریع‌تر و کارآمدتر می کند.

منبع : lindegas