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上篇我们讨论了ASML的EUV光源发生器的性能提升,并且提到如果需要进一步提升EUV光刻曝光晶圆的效率,就需要进一步提升EUV光源。今天我们看一下ASML的EUV光源功率提升的新进展。
预脉冲技术:LPP EUV光源的核心概念
我们知道,ASML的LPP EUV光源,是通过40千瓦以上的红外激光器激发Sn液滴产生的。因此,EUV光源的功率很显然和红外激光功率、激发转换效率、激发频率等直接相关。在EUV光源功率提升路径上,一个重大的技术革新是采用预脉冲技术(Pre-pulse技术),也就是使用一个小功率激光器预加热Sn液滴,从而大幅增加红外激光的激发转换效率。
简单来说,通过优化预脉冲过程,可以很容易将激发转换效率从1%提升到5%,也就是将EUV光源功率增加500%。但是如果是要通过提升红外激光器的功率来提升500%,意味着要将40千瓦的红外激光功率提升到200千瓦,其工程可行性大幅降低。
在预脉冲技术的推动下,EUV光刻光源的功率在过去十年保持了线性增长:从2013年大约100W增加到2022年大约500W,几乎每2年增加100W。
ASML采用第二代1um激光预脉冲技术
在第一代EUV光刻机中,预脉冲采用的是10um的激光,一个很显然的预期是,预脉冲激光的波长、功率对激发转化效率有重要的影响。
这就是ASML进一步提升EUV光源的路径:
采用1um预脉冲激光取代第一代的10um预脉冲激光。
当然,这一取代,基本上沿用了第一代预脉冲技术的主要硬件构架,只需额外部署一个1um激光作为预脉冲即可。
新的1um激光预脉冲证明LPP光源的技术能力
1um激光预脉冲相对于10um激光预脉冲的优势主要有以下几个方面:
1,在相同的EUV激发频率时,1um激光预脉冲的激发转换效率均高于10um激光预脉冲;尤其是在高频下,1um激光预脉冲的激发转换效率仍能达到10微米激光预脉冲的2倍左右!
因此,仅仅替换预脉冲激光的波长就可以大幅度提升EUV光源功率。
2,1um激光预脉冲可以大幅提升EUV的稳定性。
从EUV光源的脉冲能量分布图,我们可以看到1um激光预脉冲对EUV光源稳定性的提升效果。
通过采用新的1微米激光预脉冲,ASML已经实现闭环600W,开环700W的创纪录的EUV功率!
因此,整体来看,LPP EUV光源在未来3-5年突破千瓦级大关的可能性是非常大的。
EUV光源满足EUV光刻机技术的迭代
不仅如此,根据ASML的研发资料来看,除了在工程阶段已经验证了1微米激光预脉冲的能力,而且在实验室预研的2微米激光作为预脉冲的方案也获得一些积极的结果,因此,EUV光源在功率提升环节已经突破了大规模量产的瓶颈。
目前ASML的第一代NXE平台(数值孔径NA0.33)的EUV光刻机已经升级到3600D,搭载了350W功率EUV光源,比5年前的机台采用的200W功率EUV光源已经提升了75%,生产能力也在逐步提升到预期的大规模量产水平。
那么ASML的下一代高数值孔径NA0.55的EXE平台光刻机的光源系统进展如何呢?我们下次聊!