Một nhóm nghiên cứu tại Trung Quốc đã đạt được bước tiến quan trọng trong công nghệ laser với việc phát triển tia laser cực tím sâu (DUV) trạng thái rắn. Với khả năng phát ra ánh sáng đồng nhất ở bước sóng chỉ 193 nm, loại laser này hứa hẹn mang lại nhiều ứng dụng tiềm năng trong lĩnh vực quang khắc bán dẫn. Sự đổi mới này có thể tạo ra những ảnh hưởng sâu rộng trong ngành công nghiệp công nghệ cao, đặc biệt trong quy trình sản xuất chip. Đây chính là một dấu mốc quan trọng, khẳng định tiềm năng sáng tạo và nghiên cứu của khoa học Trung Quốc trong lĩnh vực laser.
Theo thông tin từ Society for Optics & Photonics, công nghệ laser trạng thái rắn đang được nghiên cứu có tiềm năng trở thành nguồn sáng cho việc chế tạo các công cụ quang khắc chip theo quy trình tiên tiến. Tuy nhiên, khả năng mở rộng của công nghệ này vẫn chưa xác định rõ. Hiện tại, hệ thống của CAS vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu và chủ yếu hoạt động như một phương tiện thử nghiệm.
Trước khi khám phá phương pháp của CAS, chúng ta hãy nhìn vào quy trình hiện tại của các công ty hàng đầu như ASML, Canon và Nikon. Họ đang áp dụng công nghệ tiên tiến để tạo ra ánh sáng 193 nm, một yếu tố quan trọng trong công nghệ in thạch bản DUV. Hãy cùng tìm hiểu cách các tập đoàn này đang định hình ngành công nghiệp công nghệ cao.
Máy quang khắc DUV của ASML, Canon và Nikon hoạt động bằng cách tạo ra ánh sáng 193 nm thông qua laser excimer argon fluoride (ArF). Quá trình diễn ra trong buồng laser, nơi hỗn hợp khí argon, flo và khí đệm neon được kích thích bởi các xung điện áp cao. Kết quả là hình thành phân tử ArF không ổn định, phục vụ cho công nghệ quang khắc tiên tiến.
Khi phân tử trở về trạng thái cơ bản, một photon với bước sóng 193 nm được phát ra. Tia laser này tạo nên các photon dưới dạng xung năng lượng cao và ngắn, với công suất đầu ra từ 100W đến 120W và tần số từ 8 kHz đến 9 kHz, phù hợp cho các công cụ DUV hiện đại. Chùm tia 193 nm sau đó được dẫn qua hệ thống quang học nhằm định hình và ổn định ánh sáng trước khi chiếu qua mặt nạ quang học, nơi chứa mẫu chip.
Hệ thống thử nghiệm của CAS phát triển ánh sáng 193 nm bằng công nghệ trạng thái rắn mà không dùng laser excimer khí. Quy trình bắt đầu với bộ khuếch đại tinh thể Yb:YAG tự chế, sản sinh ra chùm tia laser 1030 nm. Chùm tia này sau đó được chia thành hai đường dẫn quang học, mỗi đường dẫn trải qua quy trình quang học riêng để tạo ra các thành phần cần thiết cho ánh sáng 193 nm.
Trung Quốc đang từng bước phát triển công nghệ máy DUV chất lượng cao, với mục tiêu giảm phụ thuộc vào ASML. Sự nỗ lực này không chỉ thể hiện khả năng tự lực mà còn mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp bán dẫn trong nước. Việc sản xuất thành công máy DUV sẽ mang lại lợi thế cạnh tranh đáng kể và thúc đẩy sự đổi mới công nghệ trong khu vực, đồng thời tạo cơ hội cho các doanh nghiệp trong nước phát triển mạnh mẽ hơn trong tương lai.
Trong quá trình nghiên cứu, chùm tia 1030 nm được chuyển đổi thành chùm tia 258 nm nhờ vào kỹ thuật tạo sóng hài bậc bốn (FHG), với công suất đầu ra đạt 1,2 W. Đồng thời, nửa còn lại của chùm tia 1030 nm được sử dụng để kích hoạt bộ khuếch đại tham số quang, qua đó tạo ra chùm tia 1553 nm với công suất 700 mW.
Trong một nghiên cứu đầy triển vọng, hai chùm tia đã được kết hợp trong các tinh thể triborate lithium (LBO), tạo ra ánh sáng đồng nhất với bước sóng 193 nm. Sản lượng ánh sáng đạt được là 70 mW và tần số 6 kHz. Hệ thống thử nghiệm của CAS ghi nhận độ rộng vạch hẹp dưới 880 MHz, mang lại hiệu suất quang phổ tương đương với các hệ thống thương mại tiên tiến hiện nay. Đây là bước tiến quan trọng trong công nghệ quang học, hứa hẹn sẽ mở ra nhiều ứng dụng mới trong lĩnh vực game và công nghệ giải trí.
Hệ thống CAS mặc dù đã chứng tỏ được tiềm năng của mình, nhưng công suất đầu ra hiện tại vẫn chưa đạt yêu cầu cho ngành sản xuất chất bán dẫn thương mại. Để đáp ứng những tiêu chí cao về thông lượng và ổn định trong quy trình, có lẽ cần thêm nhiều thế hệ phát triển nữa. Mục tiêu cuối cùng là biến công nghệ này thành giải pháp chiếu sáng hiệu quả cho sản xuất chip.
Hệ thống sản xuất chip hoàn chỉnh sẽ giúp ngành bán dẫn Trung Quốc vượt qua các lệnh trừng phạt từ Mỹ. Đặc biệt, việc ASML bị cấm cung cấp máy quang khắc EUV và DUV cho các công ty Trung Quốc càng làm nổi bật tầm quan trọng của sự tự chủ trong công nghệ bán dẫn. Sự phát triển này không chỉ ảnh hưởng đến Trung Quốc mà còn tác động đến toàn bộ nền công nghiệp công nghệ trên toàn cầu.
