圖1：ASML前期製作掃描儀(yi) ——雙子掃描NXE:3100

不久前，關(guan) 於(yu) 極紫外光刻是否運用到工業(ye) 芯片製造中還是個(ge) 飽受爭(zheng) 議的問題。“我們(men) 發現EUV光源問題比我們(men) 以前想得要難得多，”奧巴尼亞(ya) （美國）Sematech的光刻主管斯特凡吳在2013的LFW文章中說道。而在2014年，ASML/Cymer的研發團隊首次證明了250瓦紫外光刻的可行性。當Trumpf集團在2015年宣布投資8千萬(wan) 美元到一個(ge) 新的EUV泵激光器工廠中的時候，研究者對這項技術的信心更加堅定了。

今年，ASML和Trumpf極紫外光刻方麵的銷售創了紀錄。經過多年來的大量的研發投入，像英特爾、三星、台積電、IBM和格羅方德這樣的工業(ye) 巨頭把EUV納入未來兩(liang) 年為(wei) 7納米節點推出的藍圖。三星對此已經製定好了計劃，而其他比如像羅格方德宣布在大批量製造技術成熟時會(hui) 轉移到EUV領域。

激光係統

ASML/Cymer團隊在近期文章中概述了了關(guan) 於(yu) 他們(men) EUV光源的大批量製造的工作。他們(men) 表示對於(yu) 占空比60%的典型掃描儀(yi) ，每小時100個(ge) 晶片的產(chan) 量，晶片的功率應該超過約550mW。這意味著EUV光源提供在中間焦點的曝光設備的能量應該大於(yu) 200瓦。

在13.5nm的波長產(chan) 生200W的功率可以選擇的方法是在微小的錫滴上燒製CO₂激光。激光蒸發錫然後產(chan) 生一個(ge) 發射非相幹輻射到一個(ge) 實心的球體(ti) 的等離子體(ti) 。在中間焦點的功率描繪了可用於(yu) 照亮半導體(ti) 的會(hui) 聚光器件後麵的光。

目前的挑戰是非常之多的，簡單舉(ju) 幾個(ge) 例子：穩定性、碎片減緩、功率調節、轉換效率等，上述例子中最後兩(liang) 個(ge) 對於(yu) 200瓦的大批量製造的目標是最重要的因素。經管Trumpf早已擁有用來切割和焊接的千瓦級CO₂激光器,他們(men) 也得完全重新考慮他們(men) 激光係統產(chan) 生EUV的問題。

由於(yu) 二氧化碳輻射到EUV的轉換效率為(wei) 百分之幾，二氧化碳源必須提供20 kW以上的功率的能源。輻射以50kHz的脈衝(chong) 碰撞~30 µm的錫滴。對於(yu) 升級過的效率轉換最重要的是激光器必須有一個(ge) 特殊預脈衝(chong) 。在測試了幾組不同設定的方案後，團隊用雙子掃描NXE:3100係統達到了三級功率放大（+預放大），如圖1所示。

預脈衝(chong) 頻率正確才能成功

在激光科學研究的早期，科學家們(men) 就早已開始研究激光產(chan) 生等離子。之後很快，科學家就清楚了預脈衝(chong) 可以極大提高激光轉變為(wei) 等離子輻射的轉換效率，科學家從(cong) 1970年就在理論上和實驗上對這種能量轉換的效果開始了刻苦的鑽研。EUV的研發團隊曾必須近距離觀察激光產(chan) 生等離子的實驗，不僅(jin) 僅(jin) 是為(wei) 了更進一步達到大批量製造的目標，也為(wei) 了解決(jue) 一個(ge) 經濟議題：每一個(ge) 百分點的轉換效率的提高將為(wei) 消費者節省數百萬(wan) 的投資。

圖二展示了預脈衝(chong) 技術的進化所取得的令人驚歎的進步。預脈衝(chong) 蒸發了錫滴，將其轉化為(wei) 一個(ge) 擁有完美形態和密度的目標。實際上，目標直徑早已被擴大到400µm，轉換效率提高到超過4%的盤形目標。在目標直徑處，激光束輪廓比明顯小於(yu) 光束尺寸的液滴初始尺寸更好用。

如研究人員論文報告所述，一台經過改良的ASML NXE:3300B激光器在15年末和16年初展示了持續一個(ge) 小時的EUV功率控製，功率為(wei) 210瓦，這個(ge) 突破性成果也第一次闡明了以激光為(wei) 光源的EUV滿足大批量製造的能力。

同時，ASML/Cymer的作者稱超過十個(ge) 他們(men) 的EUV激光光源器已經在全世界範圍被投入使用，積累必要的經驗知識來最終使其技術能做到大批量製造。MOPA（主控振蕩器的功率放大器）預脈衝(chong) 技術已經被確認為(wei) 提高功率輸出的正確方式，以及在中間焦點建立了把功率穩定在210瓦的機製。具有> 5 sr光收集和高平均反射率的正常入射收集器反射體(ti) 目前已經開始批量生產(chan) ，並且在該領域中使用壽命越來越長。NXE 3350B上增強的集電極保護和原位清洗技術預計將進一步延長使用壽命， NXE 3400B於(yu) 2017年在客戶的設施中安裝。

在Semicon West 2017上，ASML團隊聲稱“通過真正理解光源的轉換效率和並將合適的控製置於(yu) 合理的位置”，250瓦的功率可以持續的保持。

圖二：不同目標形狀和密度的轉換效率