中科院DUV光源新突破！

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据国际光电工程学会报道，中国科学院研究人员成功研发突破性的固态深紫外（DUV）激光，能发射 193 纳米的相干光（Coherent Light），该波长目前被用于半导体曝光技术。

论文已刊登在spiedigitallibrary.org

据报道而这项技术已在中国实验室中实现。如果光源技术能够扩展，此装置就可以用来制造曝光设备，但至于固态激光是否能成功扩展应用，仍存在未知数。

以传统技术来看，ASML、Canon和Nikon的DUV光刻机利用氟化氩（ArF）准分子激光产生193nm光源。激光腔内包含氩气与氟的混合物，以及氖气作为缓冲气体。当施加高压电脉冲时，氩原子与氟原子被激发，短暂形成不稳定分子ArF（或准分子），此分子迅速返回基态，释放出波长为193纳米的光子。

由于激光以短而高能量的脉冲方式发射这些光子，输出功率高达 100W-120W、频率在 8~9 kHz，然后这束 193 纳米光束透过光学系统进行整形、引导与稳定后，当光线进入曝光扫描机时，会透过光罩（photomask）将芯片电路图案曝光至晶圆上。

中国科学院开发的测试装置采用全固态方法产生193nm的光，完全避免使用气体的准分子激光。它先使用自制的Yb：YAG晶体放大器，产生1,030纳米的激光光束，随后该光束被分成两条光路，每条光路都经过不同的光学制程，以产生193纳米所需的组件。

在第一条路径中，1,030纳米光束透过四倍频产生（FHG，Fourth-Harmonic Generation）转换成258纳米的光束。「四倍频生成」是种非线性光学制程，可将激光光束转换成原始波长的四分之一。

在第二条路径中，1,030纳米光束的另一半被用于泵浦光学参数放大器，产生功率为700 mW的1,553纳米光束。

这两个光束（258纳米和1,553纳米）之后在串联的三硼酸锂（LBO）晶体中结合，产生波长为193纳米的相干光，平均功率为70 mW，工作频率为6 kHz。中国科学院表示，测试系统的线宽窄于880 MHz，其光谱纯度性能可媲美目前使用的商用系统。

中国科学院系统使用全固态激光产生193nm的光，具备70 mW的平均功率和6 kHz的运作频率，并实现小于880 MHz的窄线宽。然而，这一测试系统的输出功率相比ASML ArF准分子激光系统仍存在数个数量级的差距，后者可提供100~120W的功率，且运作频率达9 kHz。

虽然中国科学院的初步技术展示了可行性，但目前的低功率输出使其还无法满足商业化半导体制造的需求，因为芯片生产高度依赖高通量与稳定的制程，因此若要使这项技术成为可行的微影光源，可能还需经历多代技术开发与提升。

（转自：第三代半导体产业）

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