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沖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沖優于驅動Sn等離子體，具有更高的轉換效率，在更高強度中，與固體激光器相比，CO2介質中具有較低殘骸和更高的平均功率，無嚴重的光束畸變和非線性效果。創新點在于這種脈沖形式、波長、重復率超過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系統配置，從而開發一種新型的混合CO2脈沖激光，采用全譜二氧化碳技術，如快速流動系統和擴散冷卻平面波導激光器和相對較新的量子級聯激光器。在本文中，我們簡要地回顧一下相關的脈沖CO2激光器技術和千瓦級CO2激光器的要求，產生等離子體EUV源的激光要求，并提出我們的最新進展，如建立在平面波導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光源的脈沖格式

　　理論和實驗研究表明CO2激光器產生~10μm波長是有利于LPP EUV光源波長~1μm，在較高CE通過固態激光器傳遞和減少殘余。從激光場到等離子體能量耦合的一個最佳時間是由膨脹動力學決定，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。截至寫作，所深知的最優脈沖參數的問題至今尚未完全解決，最有可能是由于LPP物理過程和建模的復雜性，也可能由于從實驗中獲得非曲數據涵蓋了一系列的脈沖持續時間，脈沖強度的包絡線和目標裝置。LPP研究的成本高可能是另一個因素，限制了文獻數據的可用性等。

　　CO2激光驅動器的最優脈沖長度在EUV領域似乎是10納秒，但最近的研究表明，更長的激光脈沖也可能會產生較高的CE值。較長的脈沖從按LPP EUV光源的前景來看和激光系統驅動的設計是有吸引力的，這將在下文講述。對于目前已知的CE值報告，還有較為精確的估計所需的激光功率脈沖FWHM持續時間為10ns和在一個直徑為200微米的EUV等離子體中脈沖峰值強度1×10^11 Wcm^–2。假設一個帽狀的光束，所需的激光脈沖能量315兆焦耳，經過實驗，20納秒的脈沖中CE占2.5%和25%總的EUV收集和光源的IF傳輸效率，在EUV波段10ns單脈沖能量的2MJ。因此CO2激光驅動器必須提供至少有18.1kW平均功率，以滿足脈沖重復頻率較高達57.5千赫的HVM電源要求。

　　簡要概述有關CO2激光

　　CO2脈沖激光器產生納秒的歷史可追溯到CO2激光器本身的產生。Q開關激光器的第一個泵浦腔，被認為是在1963年首次報道。該技術中采用砷化鎵或CdTe，Q開關使用了與早期的直流放電，低壓CO2激光等技術實現10~100納秒級激光脈沖。這種激光器可以與脈沖重復頻率和平均功率有限的調制器，通常達到~100千赫和小于10 W平均功率。

　　在軍事應用中，采用直流放電脈沖驅動更高的脈沖能量會導致直流脈沖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，不需要任何腔內調制器，并能產生較高兆瓦的峰值功率，脈沖100~500 納秒，約1~300赫茲的脈沖重復。

　　由于TEA激光器低成本因素，有能力生產高能量的亞微秒脈沖，這TEA激光器從材料加工，激光聚變研究和CO2脈沖激光器領域至今為止，仍是一個基本應用工具。一個大脈沖能量和脈沖持續時間的要求(>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，有助于建設有史以來最大的脈沖CO2脈沖激光系統，Gemini，Helios和Antares系統。這項目驅使研究在脈沖整形和預防放大刺激的不良影響輻射(ASE)的光學開關隔離技術和寄生振蕩高增益主振蕩功率放大(MOPA)系統的設計。普遍認識到，這種放大脈沖的持續時間與CO2介質的轉動弛豫的效率相比遠低于CW放大和其他技術，如寬帶和多通放大是必不可少的。由于波長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脈沖技術在短期內的可用價值依然存在。　在低壓力(<50Torr)和TEA激光器(≥760Torr)的“壓力間隙”的同時是部分橋接，由于無線頻率(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，平面波導CO2激光器的一種形式，這標志著一個新時代的緊湊型CO2激光技術。這些通常混合氣體壓力50~150Torr幾乎免激光器維護操作，在大范圍內脈沖頻率并有能力操作，從單脈沖模式到RF放電的CW模式，在好質量光束中產生50~500微秒的脈沖，通過傳遞不穩定混合諧振器的各種配置。優化設計能使產生高能脈沖持續時間下降到幾微秒的技術只有通過RF調制實現。基于環狀放電的幾何形狀，數千瓦的擴散冷卻激光器，覆蓋的功率電平范圍從幾瓦到千瓦，目前在工業領域已經實現多年，多個供應商實現商用化。最大擴散水冷的平面波導激光器是羅芬公司加工的8千瓦的模型制造和由特倫普夫GmbH制造的環形波導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。這些激光器的商業上存在兩個基本形式，快速軸流式(FAF)和快速反式(FTF)配置。在氣體介質中不利于過熱中激光氣體被迫快速流動允許增加RF功率輸入，相比其擴散冷卻口從而導致更高的輸出功率，但增加了額外系統的復雜性(送風機、熱交換器等)。然而，最大的激光器可商用化的，這些系統還因為它們可以被用于在脈沖激光設計中作為功率放大器。目前紀錄的是從一個小包輸出功率為20千瓦(CW)，屬于Trumpf GmbH公司的TrueFlow FAF激光系列。

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