中國科學院（CAS）研究人員成功研發突破性的固態深紫外線（DUV）激光，能發射193 奈米的相干光（Coherent Light），與目前被廣泛採用的DUV曝光技術的光源波長一致。相關論壇已經於本月初被披露在了國際光電工程學會（SPIE）的官方網站上。

目前，全球主要的DUV光刻機製造商如ASML、Canon和Nikon，均採用氟化氬（ArF）準分子雷射技術。這種技術透過氬（Ar）和氟（F）氣體混合物在高壓電場下生成不穩定分子，釋放出193奈米波長的光子。這些光子以短脈衝、高能量形式發射，輸出功率可達100 W~120 W，頻率在8 kHz~9 kHz之間，最終透過光學系統調整後用於光刻設備。

相較之下，中科院的固態DUV雷射技術完全基於固態設計，可望大幅縮小系統設計複雜度和體積，並且減少對於稀有氣體的需求，並降低能耗。其核心由自製的Yb:YAG晶體放大器產生1，030奈米激光，並通過兩條不同的光學路徑進行波長轉換。一種路徑採用四次諧波轉換（FHG），將1，030奈米雷射轉換為258奈米，輸出功率為1.2 W；另一種路徑利用光學參數放大（OPA）技術，將1，030奈米轉換為1，553奈米，輸出功率為700 mW。

最終，這兩束雷射（258奈米和1，553奈米）透過串級硼酸鋰（LBO）晶體混合，產生193奈米波長的雷射光束。其平均功率為70 mW，頻率為6 kHz，線寬低於880 MHz，導致半峰全寬（FWHM） 小於0.11 pm，光譜純度與現有商用準分子雷射系統相當。這是使用浸沒式微影機在7nm 矽上產生特徵尺寸的關鍵，並且可以用於低至3nm 的製程節點。

為了探索新的應用，中科院團隊還在1553 nm 雷射的光路中引入了螺旋相位板（SPP），將其高斯模式轉換為拓撲電荷為1 的帶有軌道角動量（OAM） 的渦旋光束。然後將此渦旋光束用作頻率轉換的泵浦源，成功地將OAM 轉移到221 nm 和193 nm 雷射。結果，獲得了193 nm 處的渦旋光束，拓樸電荷為2。據稱，這是第一個使用OPA 和級聯LBO 晶體的緊湊型193 nm 雷射發生系統，也是固態雷射在193 nm 處產生渦旋光束的首次演示。這種創新配置為固態雷射技術的應用開啟了新的可能性。

儘管中科院的技術在光譜純度上已接近商用標準，但其輸出功率和頻率仍遠低於現有技術。例如，ASML的ArF準分子雷射技術輸出功率可達100 W以上，頻率超過9 kHz，而中科院的固態DUV雷射僅分別達到70 mW和6 kHz，尚無法滿足高產能晶圓製造需求。不過，後續該技術可望進一步迭代，以滿足實際商用需求。