日本Gigaphoton公司K.M. NOWAK、T. OHTA等和日本早稻田大学A. ENDO联合在OPTO.ELECTRONICS REVIEW上发表受邀文章总结极紫外光刻技术中脉冲CO2激光器技术和千瓦级CO2激光器技术，摘译如下：

　　理论和实验结果表明在极紫外(EUV)光源纳米光刻中波长10.6微米的纳秒量级的激光脉冲优于驱动Sn等离子体，具有更高的转换效率，在更高强度中，与固体激光器相比，CO2介质中具有较低残骸和更高的平均功率，无严重的光束畸变和非线性效果。创新点在于这种脉冲形式、波长、重复率超过50 kHz和平均超过18千瓦的功率水平的CO2激光技术有了新的用途。EUV光源的功率需求可能满足有主振荡器功率放大器的系统配置，从而开发一种新型的混合CO2脉冲激光，采用全谱二氧化碳技术，如快速流动系统和扩散冷却平面波导激光器和相对较新的量子级联激光器。在本文中，我们简要地回顾一下相关的脉冲CO2激光器技术和千瓦级CO2激光器的要求，产生等离子体EUV源的激光要求，并提出我们的最新进展，如建立在平面波导CO2激光器上的新型固态种子主振荡器和高效的多通放大器。

　　13.5纳米LPP EUV光源的脉冲格式

　　理论和实验研究表明CO2激光器产生~10μm波长是有利于LPP EUV光源波长~1μm，在较高CE通过固态激光器传递和减少残余。从激光场到等离子体能量耦合的一个最佳时间是由膨胀动力学决定，Nd：YAG激光器是几纳秒和大约10纳秒的CO2激光器。另一重要的激光参数是辐射强度，结果发现，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。截至写作，所深知的最优脉冲参数的问题至今尚未完全解决，最有可能是由于LPP物理过程和建模的复杂性，也可能由于从实验中获得非曲数据涵盖了一系列的脉冲持续时间，脉冲强度的包络线和目标装置。LPP研究的成本高可能是另一个因素，限制了文献数据的可用性等。

　　CO2激光驱动器的最优脉冲长度在EUV领域似乎是10纳秒，但最近的研究表明，更长的激光脉冲也可能会产生较高的CE值。较长的脉冲从按LPP EUV光源的前景来看和激光系统驱动的设计是有吸引力的，这将在下文讲述。对于目前已知的CE值报告，还有较为精确的估计所需的激光功率脉冲FWHM持续时间为10ns和在一个直径为200微米的EUV等离子体中脉冲峰值强度1×10^11 Wcm^–2。假设一个帽状的光束，所需的激光脉冲能量315兆焦耳，经过实验，20纳秒的脉冲中CE占2.5%和25%总的EUV收集和光源的IF传输效率，在EUV波段10ns单脉冲能量的2MJ。因此CO2激光驱动器必须提供至少有18.1kW平均功率，以满足脉冲重复频率较高达57.5千赫的HVM电源要求。

　　简要概述有关CO2激光

　　CO2脉冲激光器产生纳秒的历史可追溯到CO2激光器本身的产生。Q开关激光器的第一个泵浦腔，被认为是在1963年首次报道。该技术中采用砷化镓或CdTe，Q开关使用了与早期的直流放电，低压CO2激光等技术实现10~100纳秒级激光脉冲。这种激光器可以与脉冲重复频率和平均功率有限的调制器，通常达到~100千赫和小于10 W平均功率。

　　在军事应用中，采用直流放电脉冲驱动更高的脉冲能量会导致直流脉冲放电驱动横向受激的大气压力(TEA)。这样的激光器比较容易建立，不需要任何腔内调制器，并能产生较高兆瓦的峰值功率，脉冲100~500 纳秒，约1~300赫兹的脉冲重复。

　　由于TEA激光器低成本因素，有能力生产高能量的亚微秒脉冲，这TEA激光器从材料加工，激光聚变研究和CO2脉冲激光器领域至今为止，仍是一个基本应用工具。一个大脉冲能量和脉冲持续时间的要求(>200千焦，~1ns)的激光驱动惯性约束聚变(ICF)，可满足多气流的TEA CO2激光器的设计。从1969年开始，这模式的激光驱动ICF在洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)中进行实验，有助于建设有史以来最大的脉冲CO2脉冲激光系统，Gemini，Helios和Antares系统。这项目驱使研究在脉冲整形和预防放大刺激的不良影响辐射(ASE)的光学开关隔离技术和寄生振荡高增益主振荡功率放大(MOPA)系统的设计。普遍认识到，这种放大脉冲的持续时间与CO2介质的转动弛豫的效率相比远低于CW放大和其他技术，如宽带和多通放大是必不可少的。由于波长10.6微米的根本问题是CO2激光器最终没能驱动融合，但是CO2脉冲技术在短期内的可用价值依然存在。　在低压力(<50Torr)和TEA激光器(≥760Torr)的“压力间隙”的同时是部分桥接，由于无线频率(RF)放电激发技术，促使新的CO2激光器技术的发展。上世纪七十年代初和九十年代之间，见证了密封技术的新研究工作，CO2波导激光器的扩散冷却。波导和射频放电的成功结合，导致在CO2激光驱动极端紫外线纳米光刻技术达到顶点，电源可扩展性，平面波导CO2激光器的一种形式，这标志着一个新时代的紧凑型CO2激光技术。这些通常混合气体压力50~150Torr几乎免激光器维护操作，在大范围内脉冲频率并有能力操作，从单脉冲模式到RF放电的CW模式，在好质量光束中产生50~500微秒的脉冲，通过传递不稳定混合谐振器的各种配置。优化设计能使产生高能脉冲持续时间下降到几微秒的技术只有通过RF调制实现。基于环状放电的几何形状，数千瓦的扩散冷却激光器，覆盖的功率电平范围从几瓦到千瓦，目前在工业领域已经实现多年，多个供应商实现商用化。最大扩散水冷的平面波导激光器是罗芬公司加工的8千瓦的模型制造和由特伦普夫GmbH制造的环形波导2千瓦TrueCoax模型。

　　射频放电激励技术支持数千瓦的快流CO2激光器激发直流放电。这些激光器的商业上存在两个基本形式，快速轴流式(FAF)和快速反式(FTF)配置。在气体介质中不利于过热中激光气体被迫快速流动允许增加RF功率输入，相比其扩散冷却口从而导致更高的输出功率，但增加了额外系统的复杂性(送风机、热交换器等)。然而，最大的激光器可商用化的，这些系统还因为它们可以被用于在脉冲激光设计中作为功率放大器。目前纪录的是从一个小包输出功率为20千瓦(CW)，属于Trumpf GmbH公司的TrueFlow FAF激光系列。

　　大多数模块适用于高功率LPP EUV光源的CO2激光驱动器，因此，可用于商业化以及利用对手在几十年的成熟技术的大量优势。然而，主要的问题是，没有任何单独的技术似乎能够产生由EUV LPP光源所要求的激光脉冲格式，仍有新的发展空间。产生符合要求、具有优势的激光脉冲的问题在于，使用现有的技术和最新进展进行其有效的放大，在下面的章节回顾更多的细节。