Inom vetenskapens och teknologins rike har att utnyttja koherenta ljuskällor i den djupa ultravioletta (DUV) regionen en enorm betydelse för olika tillämpningar som litografi, defektinspektion, metrologi och spektroskopi. Traditionellt har högeffektlasrar på 193 nanometer (nm) varit centrala i litografi, och utgör en integrerad del av system som används för exakt mönstring. Koherensbegränsningarna förknippade med konventionella ArF excimerlasrar hindrar dock deras effektivitet i applikationer som kräver högupplösta mönster, som interferenslitografi.
Gå in i konceptet med "hybrid ArF excimer laser." Genom att integrera ett halvledar-193-nm-laserutsäde med smal linjebredd i stället för ArF-oscillatorn uppnås förbättrad koherens tillsammans med smal linjebredd, vilket möjliggör förbättrad prestanda i höghastighetsinterferenslitografi. Denna innovation ökar inte bara mönsterprecisionen utan accelererar också litografihastigheten.
Dessutom underlättar hybrid ArF excimerlaserns ökade fotonenergi och koherens direkt bearbetning av olika material, inklusive kolföreningar och fasta ämnen, med minimal termisk påverkan. Denna mångsidighet understryker dess potential inom olika områden, från litografi till laserbearbetning.
För att optimera seedningen för en ArF-förstärkare måste linjebredden på 193-nm seedlasern kontrolleras noggrant, helst under 4 gigahertz (GHz). Denna specifikation dikterar koherenslängden som är avgörande för interferens, ett kriterium som lätt uppfylls genom halvledarlaserteknologier.
Ett nyligen genomfört genombrott från forskare vid den kinesiska vetenskapsakademin driver detta område framåt. Som rapporterats i Advanced Photonics Nexus , har de uppnått en anmärkningsvärd 60-milliwatt (mW) solid-state DUV-laser vid 193 nm med en smal linjebredd med hjälp av en sofistikerad tvåstegs summafrekvensgenereringsprocess som använder LBO-kristaller. Processen involverar pumplasrar vid 258 och 1553 nm, härledda från en Yb-hybridlaser respektive en Er-dopad fiberlaser. Denna installation, som kulminerar i en 2 mm×2 mm×30 mm Yb:YAG bulkkristall för kraftskalning, visar imponerande resultat.
Den genererade DUV-lasern, tillsammans med sin motsvarighet på 221 nm, uppvisar en medeleffekt på 60 mW, en pulslängd på 4,6 nanosekunder (ns) och en repetitionshastighet på 6 kilohertz (kHz), med en linjebredd på cirka 640 megahertz ( MHz). Noterbart är att detta markerar den högsta uteffekten för både 193- och 221-nm-lasrar som genereras av en LBO-kristall, tillsammans med den smalaste linjebredden som rapporterats för en 193-nm-laser.
Särskilt anmärkningsvärt är den enastående konverteringseffektiviteten som uppnåtts:27 % för 221 till 193 nm och 3 % för 258 till 193 nm, vilket sätter nya riktmärken för effektivitetsvärden. Denna forskning understryker den enorma potentialen hos LBO-kristaller när det gäller att generera DUV-lasrar vid effektnivåer som sträcker sig från hundratals milliwatt till watt, vilket öppnar möjligheter för att utforska andra DUV-laservåglängder.
Enligt professor Hongwen Xuan, motsvarande författare för arbetet, visar den rapporterade forskningen "livskraften av att pumpa LBO med halvledarlasrar för tillförlitlig och effektiv generering av laser med smal linjebredd vid 193 nm, och öppnar ett nytt sätt att tillverka en kostnadseffektivt DUV-lasersystem med hög effekt som använder LBO."
Dessa framsteg tänjer inte bara på gränserna för DUV-laserteknik utan lovar också att revolutionera otaliga tillämpningar inom vetenskapliga och industriella områden.
Mer information: Zhitao Zhang et al, Högeffekts, smal linjebredd, solid-state djup ultraviolett lasergenerering vid 193 nm genom frekvensblandning i LBO-kristaller, Advanced Photonics Nexus (2024). DOI:10.1117/1.APN.3.2.026012
Tillhandahålls av SPIE
