繞開歐美專利技術封鎖？中國科學院研發新的DUV光源技術 理論上可支援3奈米節點

中國半導體設備研發出現最新突破，中國科學院 (CAS) 近日成功研發突破性的固態深紫外 (DUV) 雷射，光源波長是 193nm，與目前主流的 DUV 曝光波長一致，能將半導體工藝推進至 3 奈米，並跟艾司摩爾(ASML)、佳能、尼康的方式不一樣。

中國科學院的科研團隊近日在《國際光電工程學會》期刊公佈上述研究成果，該技術通過創新性的固態雷射方案，成功輸出 193nm 波長的相干光，理論上可支撐半導體製造工藝延伸至 3 奈米節點，為中國光刻技術自主化開闢了新路徑。

當前全球光刻機巨頭艾司摩爾、尼康、佳能使用的 DUV 系統均依賴氟化氙 (ArF) 準分子雷數技術，這類氣體雷射器需要持續注入氬氟混合氣體，在高壓電場中生成 193nm 波長光子，其系統複雜程度高且能耗較大。去年中國曝光的一台 DUV 光刻機，就是這種氟化氬方案

中科院的固態 DUV 激光技術完全基於固態設計，由自製的 Yb：YAG 晶體放大器生成 1030nm 的雷射，在通過兩條不同的光學路徑進行波長轉換。一路採用四次諧波轉換 (FHG)，將 1030nm 雷射轉換為 258nm，輸出功率 1.2W，另一路徑採用光學參數放大(OPA)，將 1030nm 雷射轉換為 1553nm，輸出功率 700mW，之後轉換後的兩路雷射通過串級硼酸鋰(LBO) 晶體混合，生成 193nm 波長的雷射光束，最終獲得的雷射平均功率為 70mW，頻率為 6kHz，線寬低於 880MHz，半峰全寬 (FWHM) 小於 0.11pm(千分之一奈米)，光譜純度與現有商用準分子雷射系統相當。

這種技術與艾司摩爾等的技術路線不一樣，除可繞開它們的技術、專利等封鎖之外，還能減少對於稀有氣體的需求，另外能耗也低一些。該技術也擺脫對稀有氣體的依賴，理論上可使光刻系統體積縮小 30% 以上，若後續能在功率密度和頻率穩定性方面實現突破，有望改變現有 DUV 光刻設備的技術格局。

這種全固態 DUV 光源技術雖然在光譜純度上已經和商用標準相差無幾，但輸出功率、頻率都還低得多。對比艾司摩爾的技術，頻率贏達到約 2/3，但輸出功率只有 0.7% 的水準，因此仍然需要繼續反覆運算、提升才能落地。

雖然中國科學院的初步技術展現可行性，但目前的低功率輸出使其還無法滿足商業化半導體製造的需求，因晶片生產高度依賴高通量與穩定的製程，因此若要使這項技術成為可行的微影光源，可能還需經歷多代技術開發與提升。