准分子激光器作为传统的激光器家族成员，按气体激光介质种类可分为四类：１）稀有气体准分子激光器，２）稀有气体卤化物准分子激光器，３）卤素气体准分子激光器，４）稀有气体和卤素气体三原子准分子激光器。现在应用最广泛的是采用放电激励的稀有气体卤化物准分子激光器，如XeF、XeCl、KrF、ArF等。准分子激光器由激光介质和激励方式等决定了准分子激光具有波长短（351nm、308nm、248nm、193 nm等紫外波段）、功率高、能量大（单脉冲能量可达焦耳量级）、输出脉冲短、光斑面积大、光斑分布较均匀等特点。基于这些特点，准分子激光在工业和医疗等领域有着重要的应用。如工业上的集成电路光刻、TFT平板显示器制造过程中的低温多晶硅退火、MEMS微加工、LED激光剥离、光纤光栅刻蚀等，而在医学上的重要应用则是众所周知的LASIK眼科手术和最近兴起的准分子激光白癜风皮肤治疗。

我国准分子激光技术的研究开发工作开始于上世纪70年代末期。中国科学院安徽光学精密机械研究所、上海光学精密机械研究所、长春光学精密机械与物理研究所、华中科技大学等单位较早对准分子激光技术开展了大量研究，中国科学院安徽光学精密机械研究所和上海光学精密机械研究所还分别开发出了实用化准分子激光器。中国早期的准分子激光技术水平与国外差距较小，但之后由于缺乏资金投入和市场化运作，我国准分子激光技术水平、特别是应用水平与国外差距拉大。近年来随着国家战略投资（国家科技重大专项等）和新兴市场的需求，准分子激光在中国迎来了新的发展时期。

一、准分子激光的传统工业应用—半导体集成电路光刻

集成电路光刻是准分子激光器最大的用武之地。光刻工艺作为集成电路制造工艺中重要的一环，依附于全球巨大的半导体产业，准分子激光器的产值在整个激光加工产业中占有一定的市场份额。根据金融危机前2007 年的统计光刻用准分子激光器的年销售额就达约4亿美元,其市场占有率在所有工业应用激光器( 非激光二极管) 中名列第三, 仅次于固体激光器和CO2 激光器。

半导体集成电路技术按照摩尔定律的规律发展的同时，光刻技术也随之不断发展。自从上世纪90年代光刻光源由436nm（g线）、365nm（i线）过渡到248nm（KrF）和193nm（ArF）准分子激光，光刻就进入了准分子激光时代，而这个时代由于技术上跳过了157nm以及13.5nmEUV极紫外的技术瓶颈造成推延，使得193nm准分子激光得以长期主宰光刻光源，促成了准分子激光器市场的长期稳定发展。

随着半导体集成电路集成度的提高半导体器件尺寸的缩小，特别是半导体集成电路进入32 nm 节点, 193nm ArF准分子激光保持了其光刻光源主流地位,并有望应用到更低的22 nm 节点和16 nm节点。193nm ArF准分子激光在半导体光刻中的强大生命力得益于近年来光刻工艺在不断创新。最重要的创新技术就是引入了193nm浸没式光刻技术（图1），该技术在传统的干式光刻（镜头与光刻胶之间为空气介质）的基础上通过引入液体介质改变折射率提高系统分辨率。相应的创新技术还有突破传统的单掩模一次曝光技术，采用双图形技术（DP）和多图形技术（MP）。国际半导体技术蓝图2013公布的路线图（图2）给出的半导体器件尺寸节点的缩小和对应的工艺路线，在DRAM和MPU的相关16nm节点工艺中，193nm多图形光刻工艺任然是选项之一。

目前国际上高端光刻机的供应商并不多，主要是荷兰的ASML公司和日本的尼康公司。图3是荷兰ASML公司1960Bi型号光刻机，这是目前用于32nm节点的最先进的193nm准分子激光光刻机型之一。

作为光刻机光源的193nmArF准分子激光器技术水平也随着半导体集成度提高不断提高。随着光刻节点尺寸的不断缩小，需要准分子激光有更加稳定的窄谱线宽度、更大的输出功率、更高的剂量稳定性和更长的气体寿命。为了同时保证谱线宽度和功率的要求，目前先进的光刻机都是采用振荡-放大技术的双腔结构。光谱带宽衡量指标E95的大小及稳定性是激光的一个重要参数，对于32 nm 节点光刻,目前E95都控制在小于0.35pm，脉冲重复频率可以达到6000Hz，激光输出功率达到90W。

作者简介：

方晓东，中国科学院安徽光机所激光技术研究中心主任。2000年在日本大阪大学取得工学博士学位。中科院“百人计划”入选者。曾就职日本日立公司任高级工程师和中国区市场技术部高级经理、日本大阪大学客座教授、中国科技大学教授。主要研究方向是准分子激光技术和应用、半导体薄膜材料与器件。主持了国家科技重大专项课题、国家自然科学基金等项目，发表SCI、EI学术论文一百多篇，申请发明专利30余项。目前任中国感光学会常务理事、中国光刻产业联盟理事、安徽省光学学会理事、安徽省生物医学工程学会副理事长等职。