深紫外激光技術(shù)的進(jìn)步

研究人員利用LBO晶體開(kāi)發(fā)出波長(zhǎng)為193納米的60毫瓦固態(tài)DUV激光器，為效率值設(shè)定了新基準(zhǔn)。在科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域，利用深紫外(DUV)區(qū)域的相干光源對(duì)光刻、缺陷檢測(cè)、計(jì)量和光譜學(xué)等各種應(yīng)用具有重大意義。傳統(tǒng)上，高功率 193 納米(nm)激光器在光刻技術(shù)中起著舉足輕重的作用，是精確圖案化系統(tǒng)不可或缺的組成部分。然而，傳統(tǒng) ArF 準(zhǔn)分子激光器的相干性限制阻礙了其在干涉光刻等需要高分辨率圖案的應(yīng)用中的有效性。

混合 ArF 準(zhǔn)分子激光技術(shù)

“混合 ArF 準(zhǔn)分子激光器”的概念應(yīng)運(yùn)而生。將窄線寬 193nm 固體激光種子集成到 ArF 振蕩器中，在實(shí)現(xiàn)窄線寬的同時(shí)增強(qiáng)了相干性，從而提高了高通量干涉光刻的性能。這一創(chuàng)新不僅提高了圖案精度，還加快了光刻速度。

此外，混合 ArF 準(zhǔn)分子激光器增強(qiáng)的光子能量和相干性有助于直接加工各種材料，包括碳化合物和固體，同時(shí)將熱影響降至最低。這種多功能性凸顯了它在從光刻到激光加工等不同領(lǐng)域的潛力。

固體 DUV 激光發(fā)生器的進(jìn)步

要優(yōu)化 ArF 放大器的種子激光，必須嚴(yán)格控制 193 納米種子激光的線寬，低于4千兆赫(GHz)。這一規(guī)格決定了干擾所需的相干長(zhǎng)度，而固態(tài)激光技術(shù)很容易滿足這一標(biāo)準(zhǔn)。

中國(guó)科學(xué)院研究人員最近取得的一項(xiàng)突破推動(dòng)了這一領(lǐng)域的發(fā)展。據(jù)《先進(jìn)光子學(xué)》(Advanced Photonics Nexus)雜志報(bào)道，他們利用采用 LBO 晶體的復(fù)雜兩級(jí)和頻發(fā)生過(guò)程，在 193 納米波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)了 60 毫瓦(mW)固態(tài) DUV 激光器，而且線寬很窄。該過(guò)程涉及波長(zhǎng)分別為 258 納米和 1553 納米的泵浦激光器，它們分別來(lái)自摻鐿混合激光器和摻鉺光纖激光器。該裝置采用 2mm×2mm×30mm Yb:YAG 塊狀晶體進(jìn)行功率擴(kuò)展，取得了令人矚目的成果。

生成的 DUV 激光器及其 221nm 對(duì)應(yīng)激光器的平均功率為 60 mW，脈沖持續(xù)時(shí)間為 4.6 納秒 (ns)，重復(fù)頻率為 6 千赫茲 (kHz)，線寬約為 640 兆赫茲 (MHz)。值得注意的是，這標(biāo)志著由 LBO 晶體產(chǎn)生的 193 納米和 221 納米激光的最高輸出功率，以及 193 納米激光的最窄線寬。

尤其值得注意的是所實(shí)現(xiàn)的出色轉(zhuǎn)換效率：從 221 納米到 193 納米的轉(zhuǎn)換效率為 27%，從 258 納米到 193 納米的轉(zhuǎn)換效率為 3%，為效率值設(shè)定了新的基準(zhǔn)。這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了 LBO 晶體在產(chǎn)生功率級(jí)別從數(shù)百毫瓦到瓦特的 DUV 激光方面的巨大潛力，為探索其他 DUV 激光波長(zhǎng)開(kāi)辟了道路。

據(jù)這項(xiàng)工作的通訊作者Hongwen Xuan教授介紹，報(bào)告中的研究證明了“用固體激光器泵浦 LBO 以可靠有效地產(chǎn)生 193 納米窄線寬激光的可行性，并為利用 LBO 制造高性價(jià)比、高功率 DUV 激光系統(tǒng)開(kāi)辟了一條新途徑”。

這些進(jìn)展不僅推動(dòng)了 DUV 激光技術(shù)的發(fā)展，而且有望徹底改變科學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域的無(wú)數(shù)應(yīng)用。

審核編輯 黃宇