中国科学家研制出用于半导体光刻的固体紫外激光器

中国科学院（CAS）的科学家们在开发固体深紫外（DUV）激光器方面取得了重大突破。该激光器可产生 193 纳米的相干光束--这正是尖端半导体制造所需的波长。

国际光学与光子学会（SPIE）发表的一篇论文介绍了这种实验性固体激光器，它是 ASML、佳能和尼康等公司目前在光刻设备中使用的气体准分子激光器的潜在替代品。

现代光刻系统依靠特定的 193 nm 波长在硅晶片上蚀刻超精细图案，用于芯片生产。在此之前，通常使用氟化氩（ArF）准分子激光器来完成这一工作，这种激光器使用氩、氟和氖的有毒组合。由于涉及有毒材料，这些系统既复杂又昂贵，而且需要小心处理。

然而，中科院团队采用的是全固态路线，只依靠晶体和光学器件就能完全避免气体的使用。他们的系统首先由一个 Yb:YAG 晶体放大器产生 1030 纳米的红外光束。然后，它将光束分成两个独立的路径：

• 一条路径是通过第四谐波发生（FHG）将 1030 纳米光束转换为 258 纳米光束，输出功率约为 1.2 瓦。
• 第二条路径使用光参量放大器产生波长为 1553 纳米的光束，输出功率约为 700 毫瓦

然后，这两束光束通过一系列三硼酸锂（LBO）晶体结合在一起，达到 193 纳米的目标波长。

与气体系统相比，这种固态设计具有多种潜在优势，包括不含有毒化学物质，提高了安全性，降低了操作复杂性，减少了维护要求。

不过，在实现商业实用化之前，还必须解决一些重大挑战。他们目前的原型机在 6 kHz 时的功率仅为 70 mW，低于工业准分子激光器在 8-9 kHz 时产生的 100-120 W 功率。CAS 激光器的线宽窄于 880 兆赫，研究小组称这与商用激光器的光谱纯度相当。

将这项技术提升到符合工业要求的水平，将是半导体制造设备的一个突破。不过，考虑到这项研究的实验性质，我们可能还需要等待一段时间才能看到这项技术的实际应用。