我国科学家成功研发新型激光系统,助力半导体光刻技术发展
2025年3月25日,中国科学院空天信息研究院的一个团队成功研发出一种紧凑型固态纳秒激光系统,能够产生193纳米相干光,这是制造硅片的关键波长。这一突破性进展有望大大提高半导体光刻的效率和精度,并为先进制造技术开辟新途径。

一、技术原理与创新
该激光系统采用自主研发的Yb:YAG晶体放大器,首先产生1030nm的激光,该激光分为两部分。一部分通过四次谐波产生,得到输出功率为1.2W的258nm激光;另一部分用于泵浦光参量放大器(OPA),产生平均输出功率为700mW的1553nm激光。接着,将258nm激光和1553nm激光在级联三硼酸锂(LiB3O5)晶体中进行频率混合,从而产生所需的193nm激光以及平均功率为270mW的221nm激光。其中,193nm激光的平均功率为70mW,重复率为6kHz,对应的脉冲能量超过10微焦耳(µJ),线宽小于880兆赫(MHz),半峰全宽小于0.11皮米(pm)。
在1553nm光束的光路中引入螺旋相位板,将其高斯模式变为携带轨道角动量(OAM)且拓扑电荷为1的涡旋光束。利用该涡旋光束作为泵浦源进行频率转换,成功地将OAM转移到193nm和221nm激光中,最终获得了拓扑电荷为2的193nm涡旋光束。这是首次用固态激光器产生193纳米涡旋光束,为固态激光技术的应用开辟了新的可能性。
二、应用前景
1.半导体光刻
在半导体光刻领域,193nm波长的深紫外(DUV)光是目前高分辨率光刻的关键波长。传统的DUV光源主要依赖于氩氟(ArF)准分子激光器,但这种激光器存在体积大、功耗高、维护复杂等问题。而这种紧凑型固态DUV激光系统具有更高的相干性、更低的功耗和更小的体积,能够大大提高半导体光刻的效率和精度,为先进制造技术开辟新途径。其窄线宽、高相干性和涡旋光束特性有助于实现更精细的光刻图案和更高的加工精度,从而推动半导体物镜工艺向更小的节点发展。
2.其他领域
除了半导体光刻,193nm的固态DUV激光器在高分辨率光谱、精密材料加工和量子技术等领域也有广泛的应用前景。例如,在高分辨率光谱中,窄线宽的激光可以用于精确测量物质的光谱特性;在精密材料加工中,高相干性和高功率的激光可以实现更精细的加工;在量子技术中,涡旋光束的特殊性质可以用于量子通信和光学微操作等领域。
三、研究意义
这一成果不仅在技术上取得了突破,而且在科学研究和实际应用方面都具有重要意义。它为固态激光技术的发展提供了新的思路和方法,有望在多个领域带来新的突破和发展。同时,这也标志着我国在激光技术和半导体制造领域取得了重要的进展,为我国在相关领域的国际竞争中增添了新的优势。
总之,中国科学院空天信息研究院团队研发的紧凑型固态纳秒激光系统,能够产生193纳米相干光和涡旋光束,为半导体光刻技术和其他领域的应用带来了新的机遇和挑战。这一研究成果已发表在《AdvancedPhotonicsNexus》上,将对未来的科技发展产生深远的影响。
-
干涉测量术的原理、应用及技术演进研究
从宇宙天体的精细化观测到纳米级工业制造的质量管控,干涉测量术基于波的干涉效应,已发展为现代科学研究与工业生产中不可或缺的精准测量技术支撑。该技术以激光为核心载体,通过系统解析波的干涉规律,在跨学科领域实现了测量精度与应用范围的双重突破,成为推动科技进步的关键基础性工具。
2025-11-17
-
什么是柱镜光栅?微米级光学技术引领视觉领域革新
当裸眼3D影像突破平面束缚,当立体成像技术赋能产品包装升级,当光学隐身从科幻概念走向技术实践,柱镜光栅这一核心光学材料正凭借其独特的技术特性,在多个领域推动视觉体验与应用场景的深度变革。作为由微米级圆柱状凸透镜阵列构成的功能性光学材料,柱镜光栅以精准调控光线传播路径的核心能力,成为连接微观结构与宏观视觉应用的关键桥梁。
2025-11-17
-
突破性进展:阿秒涡旋脉冲串成功实现,拓展超快光-物质相互作用研究新维度
在超快光学领域,阿秒脉冲技术已成为观察原子、离子、分子等微观体系中超快电子动力学的重要手段,而轨道角动量这一关键自由度的引入,为该技术的创新发展提供了全新方向。近日,西班牙萨拉曼卡大学AlbadelasHeras教授、美国科罗拉多矿业学院DavidSchmidt教授领衔的联合研究团队,在国际权威期刊《Optica》(Vol.11,No.8)发表重磅研究成果,成功研发出阿秒涡旋脉冲串这一新型超快结构化光场。该成果通过创新性技术方案突破传统瓶颈,为化学、生物、凝聚态物理及磁学等多学科前沿研究提供了具备高时间分辨率与多维调控能力的独特工具。
2025-11-17
-
清华大学提出神经光瞳工程傅里叶叠层成像技术实现大视场高分辨率显微成像突破
在科研与医疗领域,显微镜的大视场观测与高分辨率成像需求长期存在相互制约的技术矛盾。当观测视场扩大时,边缘区域易出现图像失真、细节模糊等问题,严重影响后续分析与应用。清华大学曹良才课题组提出的神经光瞳工程傅里叶叠层成像(NePEFPM)新方法,成功破解这一技术瓶颈,为大视场高分辨率显微成像提供了创新性解决方案。相关研究成果发表于国际权威期刊《Optica》。
2025-11-17
