據(jù)了解,ASML、佳能、尼康的 DUV 光刻機(jī)都采用了氟化氙(ArF)準(zhǔn)分子激光技術(shù),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,然后以高能量的短脈沖形式發(fā)射,輸出功率 100-120W,頻率 8k-9kHz,再通過光學(xué)系統(tǒng)調(diào)整,用于光刻設(shè)備。
相比之下,中科院的固態(tài) DUV 激光技術(shù)完全基于固態(tài)設(shè)計(jì),由自制的 Yb:YAG 晶體放大器生成 1030nm 的激光,在通過兩條不同的光學(xué)路徑進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換。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 1.2W。另路徑采用光學(xué)參數(shù)放大(OPA),將 1030nm 激光轉(zhuǎn)換為 1553nm,輸出功率 700mW。之后,轉(zhuǎn)換后的兩路激光通過串級硼酸鋰(LBO)晶體混合,生成 193nm 波長的激光光束。
最終獲得的激光平均功率為 70mW,頻率為 6kHz,線寬低于 880MHz,半峰全寬(FWHM)小于 0.11pm(皮米,千分之一納米),光譜純度與現(xiàn)有商用準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)相當(dāng);诖耍踔量捎糜 3nm 的工藝節(jié)點(diǎn)。
這種設(shè)計(jì)可以大幅降低光刻系統(tǒng)的復(fù)雜度、體積,減少對于稀有氣體的依賴,并大大降低能耗。然而,需要指出的是,盡管中科院的固態(tài) DUV 光源技術(shù)在光譜純度上已經(jīng)與商用標(biāo)準(zhǔn)相差無幾,但輸出功率和頻率仍相對較低。與 ASML 的技術(shù)相比,頻率約為其三分之二,但輸出功率僅為其 0.7%的水平。因此,要實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用,還需要進(jìn)一步的迭代和提升。
盡管如此,中科院的這一突破仍然為中國在半導(dǎo)體領(lǐng)域的發(fā)展注入了新的動力。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,相信未來中國在半導(dǎo)體光刻領(lǐng)域?qū)⑷〉酶蟮某删停瑸槿蚩萍及l(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。