近日，中國科學院在半導體技術領域取得了突破性進展，成功研發(fā)出固態(tài)DUV(深紫外)激光技術。這一技術能夠發(fā)射193nm的相干光，與目前主流的DUV曝光波長一致，有望將半導體工藝推進至3nm節(jié)點。
據(jù)悉，ASML、佳能、尼康等光刻機巨頭所采用的氟化氙(ArF)準分子激光技術，是通過氬、氟氣體混合物在高壓電場下生成不穩(wěn)定分子，釋放出193nm波長的光子，并以高能量的短脈沖形式發(fā)射。而中科院的固態(tài)DUV激光技術則完全基于固態(tài)設計，通過自制的Yb晶體放大器生成1030nm的激光，再經(jīng)過復雜的波長轉換過程，最終獲得193nm波長的激光光束。
該固態(tài)激光技術的核心在于其波長轉換過程。其中一路采用四次諧波轉換(FHG)，將1030nm激光轉換為258nm，輸出功率達到1.2W;另一路徑則采用光學參數(shù)放大(OPA)，將1030nm激光轉換為1553nm，輸出功率為700mW。這兩路激光隨后通過串級硼酸鋰(LBO)晶體混合，生成了所需的193nm波長激光。
值得注意的是，盡管這一固態(tài)DUV激光技術在光譜純度上已經(jīng)達到了商用標準，但在輸出功率和頻率方面仍有待提升。目前，該技術獲得的激光平均功率為70mW，頻率為6kHz，相較于現(xiàn)有的氟化氙準分子激光技術，頻率達到了約2/3的水平，但輸出功率僅有0.7%。盡管如此，這一突破性進展仍然為半導體工藝的進一步發(fā)展提供了新的可能。
中科院表示，這一固態(tài)DUV激光技術的研發(fā)成功，不僅可以大幅降低光刻系統(tǒng)的復雜度、體積和能耗，還可以減少對稀有氣體的依賴。相關技術已經(jīng)在國際光電工程學會(SPIE)的官網(wǎng)上公布，并有望在未來進一步迭代提升，最終應用于半導體生產(chǎn)領域。
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