中国科学院近日成功研制出一种革新的固态深紫外(DUV)激光技术。此技术能够发射193纳米的相干光，与现有主要DUV曝光技术的波长一致，为半导体加工推进至3纳米节点提供了可能。
目前主流的DUV光刻机，如ASML、佳能和尼康，普遍采用氟化氙(ArF)准分子激光。该技术通过混合氩和氟气，在高压电场下生成不稳定分子，从而释放出193纳米波长的光子。这些光子以高能短脉冲形式发射，功率在100-120瓦之间，频率为8k-9kHz，随后通过复杂的光学系统进行调整，以适用于光刻。
中科院研发的固态DUV激光技术依托固态设计，通过自制的掺镱钇铝石榴石(Yb:YAG)晶体放大器产出1030纳米激光，并通过两条独立的光学路径实现波长转换。
第一条路径采用第四次谐波转换(FHG)，将1030纳米激光转化为258纳米，输出功率达1.2瓦。
第二条路径使用光学参数放大(OPA)技术，将1030纳米激光转化为1553纳米，输出功率达到700毫瓦。
这两路激光最终通过串级硼酸锂(LBO)晶体进行混合，生成目标波长为193纳米的激光束。
最终获得的激光平均功率为70毫瓦，频率6kHz，线宽低于880MHz，而半峰全宽(FWHM)小于0.11皮米，与现有商用准分子激光系统的光谱纯度相当。
这项技术不仅适用于3纳米工艺节点，还可以显著降低光刻系统的复杂度和体积，减少对稀有气体的依赖，并有效降低能耗。
相关成果已经公开在国际光电工程学会(SPIE)的网站上。
这种全固态DUV光源技术在光谱纯度方面已接近商用标准，但在输出功率和频率上仍有较大的提升空间。
与ASML技术相比，该激光频率大约只有后者的三分之二，输出功率仅为其0.7%。未来需要继续优化和改进，以实现实际应用。
