國產全固態DUV光源技術誕生，高端芯片能造了？

國產光刻機技術+1。

據《Advanced Photonics Nexus》報道，中國科學院研究團隊成功研發出一套突破性的緊湊型全固態激光系統，可發射193nm的相干光，該波長與目前主流的DUV曝光波長一致，通過該工藝就可以在硅晶圓上蝕刻復雜電路圖案。

熟悉半導體行業的讀者應該明白光刻機的原理，簡單來說就是利用光刻機發出的光源，通過設定好圖形的光罩，對涂有光刻機的硅板進行曝光，從而“刻”出電子線路圖，再進行一些后期加工，最終形成芯片的雛形。

而光刻機的難點就是光源的波長，波長越短、功率越大，這樣的“光刀”就更加鋒利，“雕刻”出來的電子線路圖也就更加精密。

之所以ASML做出業內最頂尖的光刻機，其實就是掌握了商用EUV光源，而國內此前暫時無法解決光源這一環節。

不僅是ASML，佳能、尼康的DUV光刻機都采用了氟化氙(ArF)準分子激光技術，通過氬、氟氣體混合物在高壓電場下生成不穩定分子，釋放出193nm波長的光子，繼而可以進行光刻操作。

回到這次中科院推出的新技術上面，最大的特點是“固態設計”，不需要氣體混合物就能生成193nm波長的激光光束。

這里整理一下工作原理：

該新型激光系統工作重復頻率為6千赫茲，采用自主研發的摻鐿釔鋁石榴石（Yb:YAG）晶體放大器，產生1030nm激光，通過兩條不同的光學路徑進行波長轉換。

一路采用四次諧波轉換，將1030nm激光轉換為258nm，輸出功率1.2W。

另路徑采用光學參數放大(OPA)，將1030nm激光轉換為1553nm，輸出功率700mW。

之后，轉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)，光譜純度與現有商用準分子激光系統相當。（這標志著國際上首次實現固態激光器直接輸出193納米渦旋光束。）

雖然和DUV光刻機一樣都是193nm波長，但該技術可以大幅降低光刻系統的復雜度、體積，減少對于稀有氣體的依賴，并大大降低能耗，因此理論上可以超過7nm的極限。

但有報道說該技術可以生產3nm芯片，那顯然是一種夸張的說法。

從參數可以看出來，該技術得到的的激光平均功率為僅70mW，而市面上的DUV光刻機輸出功率通常在100 - 120W，ASML EUV光刻機的光源功率更是達到了500W，這中間相差的量級還是太大。

簡單來說，技術有了，但距離商用還有很長一段路要走。

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