近日，中國(guó)科學(xué)院在半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，成功研發(fā)出固態(tài)DUV(深紫外)激光技術(shù)。這一技術(shù)能夠發(fā)射193nm的相干光，與目前主流的DUV曝光波長(zhǎng)一致，有望將半導(dǎo)體工藝推進(jìn)至3nm節(jié)點(diǎn)。

　　據(jù)悉，ASML、佳能、尼康等光刻機(jī)巨頭所采用的氟化氙(ArF)準(zhǔn)分子激光技術(shù)，是通過氬、氟氣體混合物在高壓電場(chǎng)下生成不穩(wěn)定分子，釋放出193nm波長(zhǎng)的光子，并以高能量的短脈沖形式發(fā)射。而中科院的固態(tài)DUV激光技術(shù)則完全基于固態(tài)設(shè)計(jì)，通過自制的Yb晶體放大器生成1030nm的激光，再經(jīng)過復(fù)雜的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換過程，最終獲得193nm波長(zhǎng)的激光光束。

　　該固態(tài)激光技術(shù)的核心在于其波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換過程。其中一路采用四次諧波轉(zhuǎn)換(FHG)，將1030nm激光轉(zhuǎn)換為258nm，輸出功率達(dá)到1.2W;另一路徑則采用光學(xué)參數(shù)放大(OPA)，將1030nm激光轉(zhuǎn)換為1553nm，輸出功率為700mW。這兩路激光隨后通過串級(jí)硼酸鋰(LBO)晶體混合，生成了所需的193nm波長(zhǎng)激光。

　　值得注意的是，盡管這一固態(tài)DUV激光技術(shù)在光譜純度上已經(jīng)達(dá)到了商用標(biāo)準(zhǔn)，但在輸出功率和頻率方面仍有待提升。目前，該技術(shù)獲得的激光平均功率為70mW，頻率為6kHz，相較于現(xiàn)有的氟化氙準(zhǔn)分子激光技術(shù)，頻率達(dá)到了約2/3的水平，但輸出功率僅有0.7%。盡管如此，這一突破性進(jìn)展仍然為半導(dǎo)體工藝的進(jìn)一步發(fā)展提供了新的可能。

　　中科院表示，這一固態(tài)DUV激光技術(shù)的研發(fā)成功，不僅可以大幅降低光刻系統(tǒng)的復(fù)雜度、體積和能耗，還可以減少對(duì)稀有氣體的依賴。相關(guān)技術(shù)已經(jīng)在國(guó)際光電工程學(xué)會(huì)(SPIE)的官網(wǎng)上公布，并有望在未來進(jìn)一步迭代提升，最終應(yīng)用于半導(dǎo)體生產(chǎn)領(lǐng)域。