研究成果发布
3月24日，中国科学院的研究团队宣布，他们成功研发了一种新型的固态深紫外激光技术。这一技术受到了业界的广泛关注，主要原因是其输出的193纳米波长相干光与现有DUV曝光技术使用的光源波长相吻合。在光刻技术领域，该技术展现出巨大的应用潜力，并有望引发行业的深刻变革。
现有技术原理
DUV曝光技术被广泛应用。该技术利用氩气和氟气的混合气体在高压电场中产生不稳定的分子。这些分子进而发射出193纳米波长的光子。这些光子以短脉冲、高能量的形式发射，其输出功率介于100W至120W。频率范围在8kHz至9kHz。随后，通过调整光学系统，这些光束被应用于光刻设备。
新技术的优势
中科院研发的固态DUV激光技术采用纯固态结构。该结构有望显著降低系统设计的复杂性和体积。同时，它还能降低对稀有气体的依赖，并有效降低能源使用。与依赖稀有气体的传统技术相比，固态设计在环保和可持续性方面展现出明显优势。
核心技术揭秘
该技术所使用的关键部件为我国自主研发的Yb:YAG晶体放大器，该设备能够输出波长为1,030纳米的激光。该激光随后沿两条不同的光学途径完成波长转换。采用四次谐波转换技术，一条路径将1,030纳米的激光转换成258纳米，输出功率最高可达1.2瓦；另一条路径则运用光学参数放大技术，将激光转换为1,553纳米，输出功率为700毫瓦。
最终激光生成
两束激光，波长分别为258纳米和1553纳米，经串级硼酸锂（LBO）晶体混合后，成功产生了193纳米波长的激光束。该激光束的平均功率达到70毫瓦，频率为6千赫兹，线宽小于880兆赫兹，半峰全宽小于0.11皮米。其光谱纯度可与现有商用准分子激光系统相媲美，这一特性对于光刻技术至关重要。
新应用探索
中国科学院的研究团队在激光器光路中加入了螺旋相位板，实现了1553纳米波段的高斯光束向涡旋光束的转变，涡旋光束的拓扑电荷为1。这种涡旋光束作为频率转换的启动因素，成功地将轨道角动量传递至221纳米和193纳米的激光器。进而，通过此方法获得了拓扑电荷为2的193纳米涡旋光束。
面临的挑战
中国科学院的光谱纯度技术已接近商业应用阶段，然而，其输出功率和频率与现有技术相比存在明显差距。以荷兰ASML公司的ArF准分子激光技术为例，其输出功率已突破100瓦，频率高达9千赫兹。相比之下，中科院的固态DUV激光技术输出功率仅为70毫瓦，频率为6千赫兹，目前尚不能满足高产能晶圆制造的全部需求。
中国科学院在固态深紫外激光技术领域取得重大突破，这一成就代表了一个重要的里程碑，同时也为相关行业提供了新的增长点。然而，该技术在功率和频率上仍存在一定的局限性。未来能否有效克服这些难题，并实现商业化的大规模推广，仍是一个有待深入研究的问题。关于这项技术在高产能晶圆制造领域的广泛应用时间表，您有何看法？
