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开发极紫外（EUV）光刻扫描仪的关键挑战之一是构建强大而可靠的光源。目前唯一一家生产EUV光刻设备的公司ASML采用较为复杂的激光等离子体（LPP）技术来产生EUV光。相比之下，许多公司提出使用自由电子激光器（FEL）来产生EUV光，而FEL依赖于粒子加速器。尽管FEL具有诸多优势，甚至得到了埃隆·马斯克的支持，但据摩根大通称，ASML不太可能采用它。
“鉴于激光技术的进步，ASML认为没有理由尝试马斯克青睐的新型‘FEL’光源，” Semi Doped援引摩根大通的一份客户报告报道称。
现代极紫外光刻系统采用激光等离子体光源，将强大的二氧化碳激光脉冲照射到直径约30微米的微小熔融锡液滴上，使其转化为电子温度高达数十电子伏特的电离等离子体，并发射13.5纳米的极紫外辐射。随后，该光被一个直径约0.5米的椭圆形收集镜收集，该收集镜涂覆有多层钼和硅，能够选择性地反射尽可能多的13.5纳米辐射，并将其导向扫描器入口处的中间焦点。
由于几乎所有材料都会吸收极紫外辐射——即使是特制的多层反射镜也会吸收相当一部分——因此整个光路必须在真空中运行，并且使用反射式光学元件而非传统的折射式光学元件。这也是产生足够功率的极紫外光源仍然具有挑战性的原因之一。
尽管面临诸多挑战，ASML 已逐步将其 LPP 光源的功率从约 250W 提升至约 500W，并计划在未来几年内将其提升至 1000W。此外，该公司还计划将每秒产生的锡液滴数量几乎翻一番，达到 10 万个。
自由电子激光器 (FEL) 通过将电子加速到接近光速，并使电子束穿过波荡器（一系列交变磁体，迫使电子振荡并辐射）来产生极紫外 (EUV) 光。电子与其辐射之间的相互作用使它们形成微小的电子束团，并发出波长为 13.5 纳米的光。这种方法避免了锡液滴及其相关碎屑（这些碎屑需要在光掩模上使用保护膜），并且与激光等离子体 (LPP) 光源相比，FEL 有可能提供更高的 EUV 功率。此外，一台 FEL 和一个大型 EUV 光束分配系统有可能取代多个 LPP 光源。
然而，这其中存在一个重大的权衡：自由电子激光器（FEL）并非相对紧凑的激光等离子体等离子体（LPP），而是需要高度复杂的粒子加速器、电子源、长波荡器、电子束控制系统、辐射屏蔽装置，以及极其复杂的分配系统，该系统配备的反射镜能够处理和分配极高的极紫外（EUV）功率，且在传输过程中损耗极小。整套设备必须达到半导体制造厂的可用性、效率和成本水平，而ASML和整个行业为此花费了数年时间才得以实现。
因此，尽管中国、美国和日本对自由电子激光（FEL）技术充满热情，但FEL技术要真正能在半导体生产设施中与激光等离子体（LPP）技术相媲美，可能还需要十年甚至更长时间。在此期间，这项技术可能会耗费数十亿美元，因此并非所有目前正在研发FEL技术的企业都能坚持到那时。
（来源：编译自tomshardware）
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