準分子激光器作為傳統(tǒng)的激光器家族成員，按氣體激光介質(zhì)種類可分為四類：１）稀有氣體準分子激光器，２）稀有氣體鹵化物準分子激光器，３）鹵素氣體準分子激光器，４）稀有氣體和鹵素氣體三原子準分子激光器。現(xiàn)在應用最廣泛的是采用放電激勵的稀有氣體鹵化物準分子激光器，如XeF、XeCl、KrF、ArF等。準分子激光器由激光介質(zhì)和激勵方式等決定了準分子激光具有波長短（351nm、308nm、248nm、193 nm等紫外波段）、功率高、能量大（單脈沖能量可達焦耳量級）、輸出脈沖短、光斑面積大、光斑分布較均勻等特點?；谶@些特點，準分子激光在工業(yè)和醫(yī)療等領(lǐng)域有著重要的應用。如工業(yè)上的集成電路光刻、TFT平板顯示器制造過程中的低溫多晶硅退火、MEMS微加工、LED激光剝離、光纖光柵刻蝕等，而在醫(yī)學上的重要應用則是眾所周知的LASIK眼科手術(shù)和最近興起的準分子激光白癜風皮膚治療。

我國準分子激光技術(shù)的研究開發(fā)工作開始于上世紀70年代末期。中國科學院安徽光學精密機械研究所、上海光學精密機械研究所、長春光學精密機械與物理研究所、華中科技大學等單位較早對準分子激光技術(shù)開展了大量研究，中國科學院安徽光學精密機械研究所和上海光學精密機械研究所還分別開發(fā)出了實用化準分子激光器。中國早期的準分子激光技術(shù)水平與國外差距較小，但之后由于缺乏資金投入和市場化運作，我國準分子激光技術(shù)水平、特別是應用水平與國外差距拉大。近年來隨著國家戰(zhàn)略投資（國家科技重大專項等）和新興市場的需求，準分子激光在中國迎來了新的發(fā)展時期。

一、準分子激光的傳統(tǒng)工業(yè)應用—半導體集成電路光刻

集成電路光刻是準分子激光器最大的用武之地。光刻工藝作為集成電路制造工藝中重要的一環(huán)，依附于全球巨大的半導體產(chǎn)業(yè)，準分子激光器的產(chǎn)值在整個激光加工產(chǎn)業(yè)中占有一定的市場份額。根據(jù)金融危機前2007 年的統(tǒng)計光刻用準分子激光器的年銷售額就達約4億美元,其市場占有率在所有工業(yè)應用激光器( 非激光二極管) 中名列第三, 僅次于固體激光器和CO2 激光器。

半導體集成電路技術(shù)按照摩爾定律的規(guī)律發(fā)展的同時，光刻技術(shù)也隨之不斷發(fā)展。自從上世紀90年代光刻光源由436nm（g線）、365nm（i線）過渡到248nm（KrF）和193nm（ArF）準分子激光，光刻就進入了準分子激光時代，而這個時代由于技術(shù)上跳過了157nm以及13.5nmEUV極紫外的技術(shù)瓶頸造成推延，使得193nm準分子激光得以長期主宰光刻光源，促成了準分子激光器市場的長期穩(wěn)定發(fā)展。

隨著半導體集成電路集成度的提高半導體器件尺寸的縮小，特別是半導體集成電路進入32 nm 節(jié)點, 193nm ArF準分子激光保持了其光刻光源主流地位,并有望應用到更低的22 nm 節(jié)點和16 nm節(jié)點。193nm ArF準分子激光在半導體光刻中的強大生命力得益于近年來光刻工藝在不斷創(chuàng)新。最重要的創(chuàng)新技術(shù)就是引入了193nm浸沒式光刻技術(shù)（圖1），該技術(shù)在傳統(tǒng)的干式光刻（鏡頭與光刻膠之間為空氣介質(zhì)）的基礎(chǔ)上通過引入液體介質(zhì)改變折射率提高系統(tǒng)分辨率。相應的創(chuàng)新技術(shù)還有突破傳統(tǒng)的單掩模一次曝光技術(shù)，采用雙圖形技術(shù)（DP）和多圖形技術(shù)（MP）。國際半導體技術(shù)藍圖2013公布的路線圖（圖2）給出的半導體器件尺寸節(jié)點的縮小和對應的工藝路線，在DRAM和MPU的相關(guān)16nm節(jié)點工藝中，193nm多圖形光刻工藝任然是選項之一。

目前國際上高端光刻機的供應商并不多，主要是荷蘭的ASML公司和日本的尼康公司。圖3是荷蘭ASML公司1960Bi型號光刻機，這是目前用于32nm節(jié)點的最先進的193nm準分子激光光刻機型之一。

作為光刻機光源的193nmArF準分子激光器技術(shù)水平也隨著半導體集成度提高不斷提高。隨著光刻節(jié)點尺寸的不斷縮小，需要準分子激光有更加穩(wěn)定的窄譜線寬度、更大的輸出功率、更高的劑量穩(wěn)定性和更長的氣體壽命。為了同時保證譜線寬度和功率的要求，目前先進的光刻機都是采用振蕩-放大技術(shù)的雙腔結(jié)構(gòu)。光譜帶寬衡量指標E95的大小及穩(wěn)定性是激光的一個重要參數(shù)，對于32 nm 節(jié)點光刻,目前E95都控制在小于0.35pm，脈沖重復頻率可以達到6000Hz，激光輸出功率達到90W。

作者簡介：

方曉東，中國科學院安徽光機所激光技術(shù)研究中心主任。2000年在日本大阪大學取得工學博士學位。中科院“百人計劃”入選者。曾就職日本日立公司任高級工程師和中國區(qū)市場技術(shù)部高級經(jīng)理、日本大阪大學客座教授、中國科技大學教授。主要研究方向是準分子激光技術(shù)和應用、半導體薄膜材料與器件。主持了國家科技重大專項課題、國家自然科學基金等項目，發(fā)表SCI、EI學術(shù)論文一百多篇，申請發(fā)明專利30余項。目前任中國感光學會常務理事、中國光刻產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟理事、安徽省光學學會理事、安徽省生物醫(yī)學工程學會副理事長等職。