LBO晶体在DUV光刻机中的作用

LBO晶体（三硼酸锂，LiB3O5）在DUV（深紫外）光刻机中扮演着核心波长转换器的角色，其核心作用是通过非线性光学效应将长波长激光高效转换为光刻所需的深紫外光（如193nm）以下是具体作用解析。

实际应用场景（以中科院技术为例）

核心功能：深紫外激光生成

1.输入光源：

通常为红外激光（如1030nm、1064nm）

2.转换过程：  

第一步：红外光通过LBO晶体进行倍频（如1064nm → 532nm绿光） 

第二步：532nm绿光与剩余红外光在LBO中进行和频混频（如532nm + 1064nm → 355nm紫外光）

第三步（关键）：多级LBO晶体串联，将紫外光进一步转换为193nm深紫外光（如258nm + 1553nm → 193nm）

技术优势

1.LBO的宽透光范围（160–2600nm）和高损伤阈值，使其能承受高功率激光并稳定输出深紫外光。

2.替代传统光源

传统方案：DUV光刻依赖ArF准分子激光器（气体放电产生193nm光），需复杂的气体供应系统 

LBO方案：全固态激光路径（如中科院技术），通过LBO晶体直接生成193nm激光，简化系统结构，降低维护成本

关键性能优势

对比其他晶体：  

BBO晶体：虽非线性系数更高，但损伤阈值低（易烧蚀），不适用于高功率DUV系统。  

KDP晶体：透光范围受限（>200nm），无法生成193nm光。

实际应用场景（以中科院技术为例）

全固态193nm激光器：  

输入1030nm红外激光（Yb:YAG放大器产生）  

转换路径：

输出性能：

平均功率70mW，线宽<0.11pm（满足3nm制程需求）

混合光源辅助系统：

作为准分子激光器的种子光源，提升输出激光的相干性和稳定性

技术局限与突破方向

当前瓶颈

• 功率不足（70mW VS 商用准分子激光100W）

• 重复频率较低（6kHz VS 9kHz）

优化路径

• 多级LBO串联结构增强转换效率

• 开发新型镀膜技术减少界面损耗

• 耦合光纤放大器提升输入激光功率

LBO的核心价值

国产替代关键

突破准分子激光器的气体技术垄断，降低供应链风险  

技术独特性

唯一能高效生成193nm深紫外光的全固态方案核心材料 

未来潜力

若突破功率瓶颈，可推动DUV光刻机向更紧凑、低能耗方向演进  

本质作用

LBO是DUV光刻机的“光学齿轮”，将易得的红外激光“精密加工”为光刻所需的深紫外光，为高分辨率芯片制造提供底层光源支撑

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