เลเซอร์อาร์กอนฟลูออไรด์
เลเซอร์อาร์กอนฟลูออไรด์ (เลเซอร์ ArF) เป็น เลเซอร์เอ็กไซเมอร์ประเภทหนึ่ง[1]ซึ่งบางครั้งเรียก (อย่างถูกต้องกว่า) ว่าเลเซอร์เอ็กไซเพล็กซ์ ด้วยความยาวคลื่น 193 นาโนเมตร จึงเป็นเลเซอร์อัลตราไวโอเลตเชิงลึก ซึ่งมักใช้ในการผลิตวงจรรวม เซมิคอนดักเตอร์ การผ่าตัดดวงตา การผลิตไมโครแมชชีนนิ่ง และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ "เอ็กไซเมอร์" เป็นคำย่อของ "ไดเมอร์ที่กระตุ้น" ในขณะที่ "เอ็กไซเพล็กซ์" เป็นคำย่อของ "คอมเพล็กซ์ที่กระตุ้น" เลเซอร์เอ็กไซเมอร์โดยทั่วไปใช้ส่วนผสมของก๊าซเฉื่อย (อาร์กอน คริปตอน หรือซีนอน) และก๊าซฮาโลเจน (ฟลูออรีนหรือคลอรีน) ซึ่งภายใต้สภาวะการกระตุ้นด้วยไฟฟ้าและแรงดันสูงที่เหมาะสม จะปล่อยรังสีกระตุ้นที่สอดคล้องกัน (แสงเลเซอร์) ในช่วงอัลตราไวโอเลต
เลเซอร์เอกไซเมอร์ ArF (และ KrF) ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องโฟโตลิโทกราฟี ความละเอียดสูง ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญสำหรับ การผลิตชิปไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ลิโทกราฟีเลเซอร์เอกไซเมอร์ [2] [3]ทำให้ขนาดคุณสมบัติของทรานซิสเตอร์เล็กลงจาก800 นาโนเมตรในปี 1990 เหลือ7 นาโนเมตรในปี 2018 [4] [5] [6] ในบางกรณี เครื่องจักร กลโฟโตลิโทกราฟีอัลตราไวโอเลตขั้นสูงได้เข้ามาแทนที่เครื่องจักรกลโฟโตลิโทกราฟี ArF เนื่องจากทำให้ขนาดคุณสมบัติเล็กลงในขณะที่เพิ่มผลผลิต เนื่องจากเครื่องจักร EUV สามารถให้ความละเอียดเพียงพอในขั้นตอนที่น้อยลง[7]
การพัฒนาการพิมพ์หินด้วยเลเซอร์เอ็กไซเมอร์ได้รับการยกย่องว่าเป็นหนึ่งในเหตุการณ์สำคัญในประวัติศาสตร์ 50 ปีของเลเซอร์[8] [9]
ทฤษฎี
เลเซอร์อาร์กอนฟลูออไรด์จะดูดซับพลังงานจากแหล่งกำเนิด ทำให้ ก๊าซ อาร์กอนทำปฏิกิริยากับ ก๊าซ ฟลูออรีนทำให้เกิดอาร์กอนโมโนฟลูออไรด์ ซึ่งเป็นสาร เชิงซ้อนชั่วคราว ในสถานะพลังงานที่ถูกกระตุ้น:
- 2 อาร์ + เอฟ
2→ 2 อาร์เอฟ
คอมเพล็กซ์สามารถปลดปล่อยสารออกมาได้เองตามธรรมชาติหรือได้รับการกระตุ้น โดยลดสถานะพลังงานให้เหลือสถานะพื้นฐานที่ไม่เสถียรแต่ผลักกัน สูง คอมเพล็กซ์สถานะพื้นฐานจะแตกตัวอย่างรวดเร็วเป็นอะตอมที่ไม่ถูกผูกมัด:
- 2 ArF → 2 Ar + F
2
ผลลัพธ์คือเลเซอร์เอกซิเพล็กซ์ที่แผ่พลังงานที่ความยาวคลื่น 193 นาโนเมตร ซึ่งอยู่ใน ช่วง อัลตราไวโอเลตไกลของสเปกตรัมซึ่งสอดคล้องกับความต่างของพลังงาน 6.4 อิเล็กตรอนโวลต์ระหว่างสถานะพื้นฐานและสถานะกระตุ้นของสารเชิงซ้อน
แอปพลิเคชั่น
การพิมพ์หินด้วยแสง
การประยุกต์ใช้เลเซอร์เอกไซเมอร์ ArF ที่แพร่หลายที่สุดในอุตสาหกรรมคือการพิมพ์ หินด้วยแสงอัลตราไวโอเลตแบบลึก [2] [3]สำหรับการผลิต อุปกรณ์ ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ (เช่นวงจรรวม เซมิคอนดักเตอร์ หรือ "ชิป") ตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1960 จนถึงกลางทศวรรษ 1980 หลอดไฟ Hg-Xe ถูกใช้สำหรับการพิมพ์หินที่ความยาวคลื่น 436, 405 และ 365 นาโนเมตร อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ต้องการทั้งความละเอียดที่ละเอียดกว่า (สำหรับชิปที่มีความหนาแน่นและเร็วกว่า) และปริมาณการผลิตที่มากขึ้น (เพื่อต้นทุนที่ต่ำลง) เครื่องมือพิมพ์หินที่ใช้หลอดไฟจึงไม่สามารถตอบสนองความต้องการของอุตสาหกรรมได้อีกต่อไป
ความท้าทายนี้ถูกเอาชนะได้เมื่อในปี 1982 ได้มีการคิดค้นและสาธิตการพิมพ์หินด้วยเลเซอร์เอกไซเมอร์ UV เชิงลึกที่IBMโดย K. Jain [2] [3] [10]ด้วยความก้าวหน้าที่เกิดขึ้นในเทคโนโลยีอุปกรณ์ในสองทศวรรษต่อมา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์ที่ผลิตโดยใช้การพิมพ์หินด้วยเลเซอร์เอกไซเมอร์มียอดผลิตประจำปีถึง 400 พันล้านดอลลาร์ ดังนั้น[5]การพิมพ์หินด้วยเลเซอร์เอกไซเมอร์ (ด้วยเลเซอร์ทั้ง ArF และ KrF) จึงเป็นปัจจัยสำคัญในการพัฒนากฎของมัวร์อย่าง ต่อเนื่อง [6]
การผ่าตัดตา
แสงยูวีจากเลเซอร์ ArF จะถูกดูดซับโดยสสารชีวภาพและสารประกอบอินทรีย์ได้ดี แทนที่จะเผาหรือตัดวัสดุ เลเซอร์ ArF จะแยกพันธะโมเลกุลของเนื้อเยื่อพื้นผิวออกจากกัน ซึ่งจะสลายตัวไปในอากาศด้วยวิธีการควบคุมอย่างเข้มงวดผ่านการระเหยมากกว่าการเผา ดังนั้น เลเซอร์ ArF และเลเซอร์เอ็กไซเมอร์อื่นๆ จึงมีคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์คือสามารถขจัดชั้นวัสดุพื้นผิวที่ละเอียดเป็นพิเศษได้โดยแทบไม่ต้องให้ความร้อนหรือเปลี่ยนแปลงวัสดุที่เหลือซึ่งยังคงอยู่ คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้เลเซอร์ดังกล่าวเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตัดเฉือนวัสดุอินทรีย์ที่มีความแม่นยำ (รวมถึงโพลีเมอร์และพลาสติกบางชนิด) และโดยเฉพาะอย่างยิ่งการผ่าตัดที่ละเอียดอ่อน เช่น การผ่าตัดดวงตา (เช่นLASIK , LASEK ) [11]
การกลึงผิวด้วยไมโคร
เมื่อไม่นานนี้ การใช้ระบบกระจายแสงแบบเลี้ยวเบนแบบใหม่ที่ประกอบด้วยชุดไมโครเลนส์สองชุดทำให้สามารถดำเนินการตัดเฉือนพื้นผิวด้วยเลเซอร์ ArF บนซิลิกาหลอมรวม ได้ด้วยความแม่นยำระดับต่ำกว่าไมโครเมตร [12]
พลังงานฟิวชั่น
ในปี 2021 ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพเรือสหรัฐฯได้เริ่มดำเนินการกับ ArF เพื่อใช้ในการหลอมรวมด้วยแรงเฉื่อยซึ่ง ให้ ประสิทธิภาพด้านพลังงานสูงถึง 16% [13]
LaserFusionX กำลังพัฒนาต้นแบบ พลังงานฟิวชันแบบขับเคลื่อนตรงโดยใช้เลเซอร์อาร์กอนฟลูออไรด์ ในปี 2024 บริษัทมุ่งเน้นที่การสร้างโรงงานระเบิดเพื่อออกแบบและทดสอบเลเซอร์ที่สามารถยิงได้เร็วเพียงพอโดยใช้พลังงานพัลส์โซลิดสเตต[14]
ความปลอดภัย
แสงที่เปล่งออกมาจาก ArF นั้นมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า ดังนั้น จึงจำเป็นต้องใช้มาตรการด้านความปลอดภัยเพิ่มเติมเมื่อทำงานกับเลเซอร์นี้เพื่อหลีกเลี่ยงลำแสงที่หลงทาง จำเป็นต้องสวมถุงมือเพื่อปกป้องเนื้อเยื่อจากคุณสมบัติที่อาจก่อมะเร็งและต้องสวมแว่นป้องกันแสงยูวีเพื่อปกป้องดวงตา
ดูเพิ่มเติม
- เอ็กไซเมอร์
- เอ็กไซเมอร์เลเซอร์
- โคมไฟเอ็กไซเมอร์
- เลเซอร์คริปทอนฟลูออไรด์
- เลเซอร์ไฟฟ้า
- ไนกี้เลเซอร์
- การพิมพ์หินด้วยแสง
- กฎของมัวร์
อ้างอิง
- ^ Basting, D.; Marowsky, G. (2005). "Introductory Remarks". Excimer Laser Technology . เบอร์ลิน: Springer-Verlag. หน้า 1–7. Bibcode :2005elt..book.....1B. doi :10.1007/3-540-26667-4_1. ISBN 3-540-20056-8-
- ^ abc Jain, K.; Willson, CG; Lin, BJ (1982). "การพิมพ์หิน UV ลึกแบบรวดเร็วพิเศษด้วยเลเซอร์เอกไซเมอร์" IEEE Electron Device Letters . 3 (3): 53–55. Bibcode :1982IEDL....3...53J. doi :10.1109/EDL.1982.25476. S2CID 43335574.
- ^ abc Jain, Kanti (1987-03-11). Luk, Ting-Shan (ed.). "Advances In Excimer Laser Lithography". Excimer Lasers and Optics . 0710. SPIE: 35. Bibcode :1987SPIE..710...35J. doi :10.1117/12.937294. S2CID 136477292.
- ^ "Samsung Starts Industry's First Mass Production of System-on-Chip with 10-Nanometer FinFET Technology". news.samsung.com . สืบค้นเมื่อ2021-10-25 .
- ^ ab "เลเซอร์และกฎของมัวร์". spie.org . สืบค้นเมื่อ2021-10-25 .
- ^ ab "TSMC Kicks Off Volume Production of 7nm Chips". AnandTech. 28 เมษายน 2018 . สืบค้นเมื่อ20 ตุลาคม 2018 .
- ^ "EUV Lithography Finally ready for Chip Manufacturing". IEEE Spectrum . 5 มกราคม 2018.
- ^ "SPIE / การพัฒนาเลเซอร์ / 50 ปีและสู่อนาคต" (PDF )
- ^ "UK Engineering & Physical Sciences Research Council / Lasers in Our Lives / 50 Years of Impact" (PDF) . เก็บถาวรจากแหล่งเดิม(PDF)เมื่อวันที่ 13 กันยายน 2011
- ^ Basting, D.; Djeu, N.; Jain, K. (2005). "Historical Review of Excimer Laser Development". ใน Basting, D.; Marowsky, G. (eds.). Excimer Laser Technology . เบอร์ลิน: Springer-Verlag. หน้า 8–21. Bibcode :2005elt..book....8B. doi :10.1007/3-540-26667-4_2. ISBN 3-540-20056-8-
- ^ Kuryan J, Cheema A, Chuck RS (2017). "การผ่าตัดกระจกตาใต้เยื่อบุผิวด้วยเลเซอร์ (LASEK) เทียบกับการผ่าตัดกระจกตาในจุดเดิมด้วยเลเซอร์ (LASIK) เพื่อแก้ไขสายตาสั้น" Cochrane Database Syst Rev . 2017 (2): CD011080. doi :10.1002/14651858.CD011080.pub2. PMC 5408355 . PMID 28197998
- ^ Zhou, Andrew F. (2011). "การทำให้ลำแสงเลเซอร์เอกไซเมอร์ UV เป็นเนื้อเดียวกันสำหรับการใช้งานไมโครแมชชีนนิ่ง" Optics and Photonics Letters . 4 (2): 75–81. doi :10.1142/S1793528811000226
- ^ Szondy, David (24 ต.ค. 2021). "Argon fluoride laser could lead to practical fusion reactors". New Atlas . เก็บถาวรจากแหล่งเดิมเมื่อ 25 ต.ค. 2021. สืบค้นเมื่อ25 ต.ค. 2021 .
- ^ Pethokoukis, James (11 เมษายน 2024). "⚡⚛ การสนทนาของฉัน (+ บทบรรยาย) กับ Steve Obenschain แห่ง LaserFusionX เกี่ยวกับการหลอมรวมด้วยเลเซอร์" เร็วขึ้นหน่อยเถอะ! สืบค้นเมื่อ12 เมษายน 2024 .