中科院成功研发193纳米固态深紫外激光技术

中国科学院近期成功研发出一种突破性的固态深紫外（DUV）激光技术，能够发射193纳米的相干光。这一波长与当前主流的DUV光刻曝光波长一致，为半导体工艺推进至3纳米节点提供了可能。

目前，国际上主流的DUV光刻机制造商采用的是氟化氩（ArF）准分子激光技术。该技术通过将氩气和氟气混合，在高压电场的作用下生成不稳定的分子，从而释放出193纳米波长的光子。这些光子以高能量短脉冲的形式发射，输出功率可达100至120瓦，频率范围在8千赫至9千赫之间。经过光学系统的调整后，这些光源被应用于光刻设备中。

中科院的固态DUV激光技术则完全基于固态设计。其核心是利用自主研发的掺镱钇铝石榴石（Yb:YAG）晶体放大器生成1030纳米的激光，并通过两条不同的光学路径进行波长转换。其中一条路径采用四次谐波转换（FHG），将1030纳米激光转换为258纳米，输出功率达到1.2瓦；另一条路径则采用光学参数放大（OPA），将1030纳米激光转换为1553纳米，输出功率为700毫瓦。随后，这两路激光通过级联硼酸锂（LBO）晶体混合，最终生成193纳米波长的激光束。

实验结果显示，该激光的平均功率为70毫瓦，频率为6千赫，线宽低于880兆赫兹，半峰全宽（FWHM）小于0.11皮米（千分之一纳米）。其光谱纯度与现有商用准分子激光系统相当，具备应用于3纳米工艺节点的潜力。此外，这种固态设计显著降低了光刻系统的复杂性和体积，减少了对稀有气体的依赖，同时大幅降低了能耗。

这一研究成果已对外公布。然而，尽管其光谱纯度已接近商用标准，但在输出功率和频率方面仍存在较大差距。与国际先进水平相比，其频率约为对方的三分之二，而输出功率仅达到0.7%的水平。因此，这项技术仍需进一步优化和提升，才能实现实际应用。