日本Gigaphoton公司K.M. NOWAK、T. OHTA等和日本早稻田大學A. ENDO聯合在OPTO.ELECTRONICS REVIEW上發表受邀文章總結極紫外光刻技術中脈衝(chong) CO2激光器技術和千瓦級CO2激光器技術，摘譯如下：

　　理論和實驗結果表明在極紫外(EUV)光源納米光刻中波長10.6微米的納秒量級的激光脈衝(chong) 優(you) 於(yu) 驅動Sn等離子體(ti) ，具有更高的轉換效率，在更高強度中，與(yu) 固體(ti) 激光器相比，CO2介質中具有較低殘骸和更高的平均功率，無嚴(yan) 重的光束畸變和非線性效果。創新點在於(yu) 這種脈衝(chong) 形式、波長、重複率超過50 kHz和平均超過18千瓦的功率水平的CO2激光技術有了新的用途。EUV光源的功率需求可能滿足有主振蕩器功率放大器的係統配置，從(cong) 而開發一種新型的混合CO2脈衝(chong) 激光，采用全譜二氧化碳技術，如快速流動係統和擴散冷卻平麵波導激光器和相對較新的量子級聯激光器。在本文中，我們(men) 簡要地回顧一下相關(guan) 的脈衝(chong) CO2激光器技術和千瓦級CO2激光器的要求，產(chan) 生等離子體(ti) EUV源的激光要求，並提出我們(men) 的最新進展，如建立在平麵波導CO2激光器上的新型固態種子主振蕩器和高效的多通放大器。

　　13.5納米LPP EUV光源的脈衝(chong) 格式

　　理論和實驗研究表明CO2激光器產(chan) 生~10μm波長是有利於(yu) LPP EUV光源波長~1μm，在較高CE通過固態激光器傳(chuan) 遞和減少殘餘(yu) 。從(cong) 激光場到等離子體(ti) 能量耦合的一個(ge) 最佳時間是由膨脹動力學決(jue) 定，Nd：YAG激光器是幾納秒和大約10納秒的CO2激光器。另一重要的激光參數是輻射強度，結果發現，1010~1011 Wcm-2在二氧化碳激光器中是最佳的和1011~1012Wcm- 2是Nd：YAG激光器中最佳的。截至寫(xie) 作，所深知的最優(you) 脈衝(chong) 參數的問題至今尚未完全解決(jue) ，最有可能是由於(yu) LPP物理過程和建模的複雜性，也可能由於(yu) 從(cong) 實驗中獲得非曲數據涵蓋了一係列的脈衝(chong) 持續時間，脈衝(chong) 強度的包絡線和目標裝置。LPP研究的成本高可能是另一個(ge) 因素，限製了文獻數據的可用性等。

　　CO2激光驅動器的最優(you) 脈衝(chong) 長度在EUV領域似乎是10納秒，但最近的研究表明，更長的激光脈衝(chong) 也可能會(hui) 產(chan) 生較高的CE值。較長的脈衝(chong) 從(cong) 按LPP EUV光源的前景來看和激光係統驅動的設計是有吸引力的，這將在下文講述。對於(yu) 目前已知的CE值報告，還有較為(wei) 精確的估計所需的激光功率脈衝(chong) FWHM持續時間為(wei) 10ns和在一個(ge) 直徑為(wei) 200微米的EUV等離子體(ti) 中脈衝(chong) 峰值強度1×10^11 Wcm^–2。假設一個(ge) 帽狀的光束，所需的激光脈衝(chong) 能量315兆焦耳，經過實驗，20納秒的脈衝(chong) 中CE占2.5%和25%總的EUV收集和光源的IF傳(chuan) 輸效率，在EUV波段10ns單脈衝(chong) 能量的2MJ。因此CO2激光驅動器必須提供至少有18.1kW平均功率，以滿足脈衝(chong) 重複頻率較高達57.5千赫的HVM電源要求。

　　簡要概述有關(guan) CO2激光

　　CO2脈衝(chong) 激光器產(chan) 生納秒的曆史可追溯到CO2激光器本身的產(chan) 生。Q開關(guan) 激光器的第一個(ge) 泵浦腔，被認為(wei) 是在1963年首次報道。該技術中采用砷化镓或CdTe，Q開關(guan) 使用了與(yu) 早期的直流放電，低壓CO2激光等技術實現10~100納秒級激光脈衝(chong) 。這種激光器可以與(yu) 脈衝(chong) 重複頻率和平均功率有限的調製器，通常達到~100千赫和小於(yu) 10 W平均功率。

　　在軍(jun) 事應用中，采用直流放電脈衝(chong) 驅動更高的脈衝(chong) 能量會(hui) 導致直流脈衝(chong) 放電驅動橫向受激的大氣壓力(TEA)。這樣的激光器比較容易建立，不需要任何腔內(nei) 調製器，並能產(chan) 生較高兆瓦的峰值功率，脈衝(chong) 100~500 納秒，約1~300赫茲(zi) 的脈衝(chong) 重複。

　　由於(yu) TEA激光器低成本因素，有能力生產(chan) 高能量的亞(ya) 微秒脈衝(chong) ，這TEA激光器從(cong) 材料加工，激光聚變研究和CO2脈衝(chong) 激光器領域至今為(wei) 止，仍是一個(ge) 基本應用工具。一個(ge) 大脈衝(chong) 能量和脈衝(chong) 持續時間的要求(>200千焦，~1ns)的激光驅動慣性約束聚變(ICF)，可滿足多氣流的TEA CO2激光器的設計。從(cong) 1969年開始，這模式的激光驅動ICF在洛斯阿拉莫斯國家實驗室(LANL)中進行實驗，有助於(yu) 建設有史以來最大的脈衝(chong) CO2脈衝(chong) 激光係統，Gemini，Helioses和Antares係統。這項目驅使研究在脈衝(chong) 整形和預防放大刺激的不良影響輻射(ASE)的光學開關(guan) 隔離技術和寄生振蕩高增益主振蕩功率放大(MOPA)係統的設計。普遍認識到，這種放大脈衝(chong) 的持續時間與(yu) CO2介質的轉動弛豫的效率相比遠低於(yu) CW放大和其他技術，如寬帶和多通放大是必不可少的。由於(yu) 波長10.6微米的根本問題是CO2激光器最終沒能驅動融合，但是CO2脈衝(chong) 技術在短期內(nei) 的可用價(jia) 值依然存在。　在低壓力(<50Torr)和TEA激光器(≥760Torr)的“壓力間隙”的同時是部分橋接，由於(yu) 無線頻率(RF)放電激發技術，促使新的CO2激光器技術的發展。上世紀七十年代初和九十年代之間，見證了密封技術的新研究工作，CO2波導激光器的擴散冷卻。波導和射頻放電的成功結合，導致在CO2激光驅動極端紫外線納米光刻技術達到頂點，電源可擴展性，平麵波導CO2激光器的一種形式，這標誌著一個(ge) 新時代的緊湊型CO2激光技術。這些通常混合氣體(ti) 壓力50~150Torr幾乎免激光器維護操作，在大範圍內(nei) 脈衝(chong) 頻率並有能力操作，從(cong) 單脈衝(chong) 模式到RF放電的CW模式，在好質量光束中產(chan) 生50~500微秒的脈衝(chong) ，通過傳(chuan) 遞不穩定混合諧振器的各種配置。優(you) 化設計能使產(chan) 生高能脈衝(chong) 持續時間下降到幾微秒的技術隻有通過RF調製實現。基於(yu) 環狀放電的幾何形狀，數千瓦的擴散冷卻激光器，覆蓋的功率電平範圍從(cong) 幾瓦到千瓦，目前在工業(ye) 領域已經實現多年，多個(ge) 供應商實現商用化。最大擴散水冷的平麵波導激光器是羅芬公司加工的8千瓦的模型製造和由特倫(lun) 普夫GmbH製造的環形波導2千瓦TrueCoax模型。

　　射頻放電激勵技術支持數千瓦的快流CO2激光器激發直流放電。這些激光器的商業(ye) 上存在兩(liang) 個(ge) 基本形式，快速軸流式(FAF)和快速反式(FTF)配置。在氣體(ti) 介質中不利於(yu) 過熱中激光氣體(ti) 被迫快速流動允許增加RF功率輸入，相比其擴散冷卻口從(cong) 而導致更高的輸出功率，但增加了額外係統的複雜性(送風機、熱交換器等)。然而，最大的激光器可商用化的，這些係統還因為(wei) 它們(men) 可以被用於(yu) 在脈衝(chong) 激光設計中作為(wei) 功率放大器。目前紀錄的是從(cong) 一個(ge) 小包輸出功率為(wei) 20千瓦(CW)，屬於(yu) Trumpf GmbH公司的TrueFlow FAF激光係列。

　　大多數模塊適用於(yu) 高功率LPP EUV光源的CO2激光驅動器，因此，可用於(yu) 商業(ye) 化以及利用對手在幾十年的成熟技術的大量優(you) 勢。然而，主要的問題是，沒有任何單獨的技術似乎能夠產(chan) 生由EUV LPP光源所要求的激光脈衝(chong) 格式，仍有新的發展空間。產(chan) 生符合要求、具有優(you) 勢的激光脈衝(chong) 的問題在於(yu) ，使用現有的技術和最新進展進行其有效的放大，在下麵的章節回顧更多的細節。