中國科學家突破：光刻機固態雷射器！

據國際光學與光子學學會（SPIE）報導，中國科學院（CAS）的研究人員在實驗室中成功開發了一種“突破性”的固態深紫外（DUV）雷射器，能夠發射193奈米的相干光，用於半導體光刻。這一成果為晶片製造工具的研發提供了新的可能性，儘管其商業化前景仍需進一步探索。

目前，ASML、佳能和尼康生產的DUV光刻機普遍使用氟化氬（ArF）准分子雷射器來產生193奈米的光。這種雷射器通過在雷射室內混合氬氣和氟氣，並施加高壓電脈衝，激發氬和氟原子形成不穩定的ArF分子，從而釋放出波長為193奈米的光子。這些光子以短高能脈衝的形式發射，輸出功率高達100W至120W，頻率在8kHz至9kHz之間，適用於現代浸入式DUV工具。193奈米的光束隨後通過複雜的光學系統進行整形、引導和穩定，並最終用於光刻掃描器中的晶片圖案曝光。

中國科學院開發的測試裝置採用全固態方法產生193奈米光，完全避免了基於氣體的准分子雷射。該系統首先使用自制的Yb:YAG晶體放大器產生1030奈米的雷射束。隨後，該光束被分成兩條光路，每條光路都經歷不同的光學過程，以產生生成193奈米光所需的元件。

在第一條路徑中，1030奈米的光束通過四次諧波產生（FHG）轉換成258奈米的光束，輸出功率為1.2瓦。在第二條路徑中，1030奈米光束的另一半用於泵浦光參量放大器，產生功率為700毫瓦的1553奈米光束。這兩束258奈米和1553奈米的光束在級聯的三硼酸鋰（LBO）晶體中組合，最終產生波長為193奈米的相干光，平均功率為70毫瓦，工作頻率為6kHz。CAS表示，測試系統的線寬小於880兆赫茲，在頻譜純度方面的性能可與目前使用的商用系統相媲美。

儘管CAS系統的平均功率為70毫瓦，頻率為6kHz，其輸出功率比ASML基於ArF的生產系統低幾個數量級，後者在9kHz頻率下提供100至120瓦的輸出。這意味著CAS系統目前的低功率輸出使其不適合商業半導體製造，因為高吞吐量和工藝穩定性是半導體製造中不可或缺的。然而，這一初步成果展示了固態雷射器在半導體光刻領域的潛力，未來可能需要幾代技術的發展才能使其成為可行的晶片製造光源。

中國科學院的這一突破性成果不僅為半導體光刻技術的發展提供了新的思路，也為未來晶片製造工具的研發奠定了基礎。隨著技術的不斷進步，固態DUV雷射器有望在提高性能和降低成本方面取得進一步突破，從而在全球半導體產業中發揮重要作用。 (晶片行業)