ASML，押注1000W既有光源路线

极紫外（EUV）光刻扫描仪研发过程中的一大核心难题，是打造功率强大且可靠性高的光源。阿斯麦（ASML）是唯一量产EUV光刻设备的厂商，它采用相当复杂的激光等离子体（LPP）技术来产生EUV光线。与之相对，不少企业提出使用自由电子激光器（FEL）产生EUV光，该方案依赖粒子加速器。

摩根大通表示，尽管自由电子激光器拥有自身优势，甚至得到Elon Musk的推崇，但阿斯麦不太可能采用这项技术。“鉴于激光技术的进步，阿斯麦认为没有理由尝试Musk看好的新型‘FEL’光源。”

突破光源极限，LPP功率瞄准1000W

现代EUV光刻系统采用激光等离子体光源：将高功率二氧化碳激光脉冲打向直径约30微米的熔融锡微滴，锡滴会转化为电离等离子体，电子温度达到数十电子伏特，进而辐射出13.5纳米波长的EUV射线。随后，一面直径约0.5米、镀有多层钼硅材料的椭圆形收集镜收集光线。该反射镜会尽可能选择性反射13.5纳米的射线，并将光线导向光刻机入口处的中间焦点位置。

几乎所有材料都会吸收EUV射线，即便是专用多层反射镜也会吸收相当一部分光线。因此，整个光路必须在真空环境下运行，并且只能使用反射式光学器件，不能用传统折射光学器件。这也是想要输出足够EUV光源功率依旧十分困难的原因之一。

虽然面临重重难题，阿斯麦还是逐步将激光等离子体光源输出功率从约250瓦提升至500瓦，并计划未来几年把功率提升至1000瓦。除此之外，公司计划将锡微滴的产生数量几乎翻倍，达到每秒10万个。

新方案门槛高，商用化恐再等十年

自由电子激光器（FEL）产生EUV光的原理：把电子加速至接近光速，再让电子束穿过波荡器。波荡器由一组交替排布的磁铁组成，迫使电子发生振荡并向外辐射。电子与其自身辐射相互作用，会形成微观电子束团，发出波长13.5纳米的光线。

这套方案不再需要锡微滴，也消除了锡滴带来的碎屑污染问题（锡碎屑污染需要在光罩上加装防护薄膜）；并且自由电子激光器有潜力输出远高于激光等离子体光源的EUV功率。更进一步，一套自由电子激光器搭配大型EUV光束分配系统，理论上就可以替代多套激光等离子体光源。

但是该方案存在一个重大短板：激光等离子体光源设备体积相对紧凑，而自由电子激光器需要一套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，以及一套极其复杂的光束分配系统。这套系统所配套的反射镜，需要传输分配极高功率的EUV光束，同时尽可能减少光损耗。

整套设备还必须达到半导体晶圆厂所要求的可用性、能效与成本标准，而阿斯麦和整个行业花费了许多年才实现这套标准。

因此，虽然中国、美国、日本都对自由电子激光器技术抱有很高期待，但想要让FEL在真实半导体产线中具备与LPP抗衡的实力，即便不需要更久，大概率也需要十年时间。在此期间这项技术会耗费数十亿美元，所以当前布局FEL的机构并非都能坚持到技术成熟。