3月24日、中国科学院（CAS）の研究チームが画期的な全固体深紫外線（DUV）レーザーの開発に成功したと発表した。この技術は193nmのコヒーレント光（Coherent Light）を放出させ、現在主流のDUV露光技術と同じ波長を実現する。詳細は今月初めに国際光電子工学会（SPIE）の公式サイトで公開された。
現在、ASML、Canon、Nikonなどの主要DUV露光装置メーカーは、ArFエキシマーレーザーを採用している。この技術は、アルゴン（Ar）とフッ素（F）の混合ガスに高電圧をかけて不安定分子を生成し、193nmの光子を放出する。光子は短パルス・高エネルギーで放射され、出力は100W～120W、周波数は8kHz～9kHzだ。最終的に光学システムで調整され、露光装置に使用される。
一方、中国科学院（CAS）の全固体式DUVレーザーは、固体設計のみで構成され、システムの複雑さや体積を大幅に縮小できる可能性がある。さらに、希少ガスの使用量削減や省エネルギー化も期待される。 この技術の核心は、独自開発のYb:YAG結晶増幅器で生成した1,030nmレーザーを、2つの異なる光路で波長変換することだ。一つは第4高調波変換（FHG）経路で、1,030nmを258nmに変換し、出力は1.2Wだ。もう一つは光パラメトリック増幅（OPA）経路で、1,030nmを1,553nmに変換し、出力は700mWだ。
その後、これら2つのレーザー（258nmと1,553nm）をリン酸リチウム硼酸塩（LBO）結晶で混合し、193nm波長のレーザービームを生成する。このレーザービームの平均出力は70mW、周波数は6kHz、線幅は880MHz以下で、その結果、半値全幅（FWHM）は0.11pm以下、スペクトル純度は既存の商用エキシマレーザーシステムに匹敵する。 これは、液浸リソグラフィーを用いて7nmシリコンのフィーチャーサイズを生成する鍵で、3nmという低いプロセスノードにも使用できる。
新たな応用を探るため、CASチームは1553nmレーザーの光路にスパイラル位相板（SPP）を導入し、そのガウス・モードをトポロジカル電荷1の軌道角運動量（OAM）を持つ渦ビームに変換した。その後、この渦ビームを周波数変換ポンプ光源として使用し、OAMを221nmと193nmのレーザーに転送することに成功した。これは、OPAとカスケードLBO結晶を用いた初のコンパクトな193nmレーザー発生システムであり、193nmで渦ビームを発生する固体レーザーの初実証である。 この革新的な構成は、固体レーザー技術の応用に新たな可能性を開くもので。
CAS技術は、スペクトル純度という点では商用規格に近いものの、出力と周波数は既存技術にはるかに及ばない。 例えば、ASMLのArFエキシマレーザー技術の出力は100W以上、周波数は9kHz以上であるのに対し、CASの固体DUVレーザーはそれぞれ70mW、6kHzにしか達しておらず、高歩留まりウェーハ製造の需要を満たすには至っていない。 しかし、この技術は実際の商業的ニーズを満たすためにさらに反復されることが期待される。