激光引导着我们进入一个更加智能的未来。没有激光，电子产业的发展将会停滞。“小”的极限什么时候才能真正意义上达到？如果我们定义的“小”在一个非常小的尺寸内，那么还会有比“小”更小的东西出现吗？如今，智能手机是一个永无止境的信息源，我们可以用它们来实时地比较价格，与朋友联络，了解不熟悉的领域，也可以用它代替数码相机来方便地拍照。
未来的智能手机会是什么样子的呢？它可能在你的手腕上，可能在你的鼻梁上，可能在你的耳朵里，甚至可能在你的视网膜上。它将在任何情况下与你的身体紧密连接起来，甚至成为你身体的一部分，你可以通过手势和语音对它进行控制。这听起来似乎有点像科幻小说，但这却已逐渐成为现实。
智能手机的核心芯片必须要变得更加强大。要真正实现对未来的这个愿景，其实并不遥远。对于市场，智能手机的核心芯片必须要变得更加强大。只有将电路做得更小，才有可能实现这个愿景。高登摩尔的预测经常引用这个内容。
高登摩尔是英特尔的创始人之一，也是全球领先半导体研究的先驱。早在1965年，他就意识到固定表面区域上的晶体管数量将每18个月翻倍一次。这一预测被称为摩尔定律，推动着产业的发展。它正在发动一场战役，在每平方纳米的芯片上耗资数十亿美元。但是，为了在芯片的半导体上封装更多的晶体管，简单来说，我们需要的是：更多的光！
一百亿个晶体管在一个芯片上
一个微芯片在光刻机的光中诞生了。在那里，电路的微型图像被投射到硅晶片上，露出光刻胶层。阿贝分辨率限制意味着一个光源不能复制比自己波长小的任何结构。但是，这并不意味着这个极限是不可逾越的。
目前，光刻装置的工作波长为193纳米，但却能产生22纳米大小的结构，远远超出阿贝分辨率的极限，我们通过各种方法将这个工艺得以实现。一个微芯片在光刻机 的光中诞生然而，随着光源的使用，我们将缓慢但却必然地接近技术可行性的极限。20年前，为了在各种级别的微芯片上雕刻细微结构，半导体行业的EUV光刻技术应运而生。
该项目的目的是为13.5纳米的极端紫外线（EUV）开发一个稳定光源。在这项技术的帮助下，它将有可能生产出小于10纳米大小的结构。反言之，这意味着超过一百亿个晶体管可以装在一个微芯片上。
光在真空中闪烁
但是，这一切并非都那么容易。EUV光刻技术面临的最大挑战是它需要产生13.5纳米波长的光。EUV光源必须要达到数百瓦的功率才可以在光学系统内进行进一步加工。等离子源被证明是迄今为止唯一的解决方案。
等离子体由聚焦高强度的激光辐射或高能放电产生，采用锡和氙作为输入材料。激光产生的等离子体（LLP）已经创造了一个先例。这个过程背后的想法起初听起来相当简单。锡滴发生器使锡滴以50千赫的频率进入真空室，随着这些滴液迅速通过，激光脉冲会冲击它们。
因此，激光每秒钟能打50000个锡滴。锡原子被离子化，并创建了高强度的等离子体。收集器采用多反射结构，捕获由等离子体发射的EUV光，将它们聚焦并最终转移到光刻系统，曝光基板。
用于此应用的激光脉冲由脉冲型二氧化碳激光系统——通快激光放大器传送。该系统基于连续波的二氧化碳激光器技术，并能在超过万瓦的功率下工作。在五个放大器中，可以将一个只有几瓦平均功率的二氧化碳激光脉冲提高10000多倍，将平均脉冲功率提高30多千瓦。然而，脉冲峰值功率可以只达到几个兆瓦。
为了达到完美的效果，激光脉冲必须在尽可能宽广的区域中来打锡滴。锡滴直径仅20微米，比激光的聚焦光斑小。因此，激光不能完整地将30千瓦的功率转移到锡滴。为了实现这一目标，激光放大器采用了一种巧妙的方式。
激光放大器一个紧接一个地发出一个预脉冲和一个主脉冲，两者的波长稍有不同。预脉冲以3千瓦初始激光功率撞击锡滴，锡原子电离，等离子体从而产生膨胀。主脉冲紧随其后，直接撞击已扩大到约200微米直径的等离子云，充分利用了27千瓦脉冲功率。一箭中心！
跨越极限
慎重挑选出的波长
为什么这个看似随意的13.5纳米长的波长会被选中呢？这有两大理由。首先，在这个波长上的源光束表现出强烈的光线，这意味着辐射输出特别高。因此，在这个波长里，锡等离子体的光线是非常强的。等离子体辐射离散线是非常重要的。
其次，唯有13.5纳米的波长才有可能制造出层系统，该层系统需要足够高的反射率的光学成像。折射光学元件，如透镜，会吸收波长。这就是为什么EUV系统只采用镜像光学元件的原因。由于波长非常短，整个过程都需要发生在真空中，因为空气也会吸收紫外辐射。
激光支持的EUV光刻将继续，且这是唯一能够创建更小结构的方法，并且能生产出更高性能的芯片。
如果你想寻找一个与EUV光刻相似且能替代它的技术，你会发现根本不存在这样的技术。以前技术的优化是基于一个193纳米波长激光束实现的，当曝光基板时，它可能会变成更小结构。例如，通过多个曝光步骤，双重模式实现，其中每一个曝光步骤都进行了两次。
另一种选择是浸泡，即利用高折射率的水。在浸泡期间，这是可能的。使用传统的加工过程创建小到14纳米的结构，但这样的方式非常昂贵，只是纸上谈兵：对半导体行业而言，激光支持的EUV光刻将是唯一能够创建更小的结构，并且达到更高性能芯片的方法。
这个目标是可以实现的
我们已经为未来的生产奠定了基础。2014开始，通快研发了第三代的激光系统，为光刻系统制造商和预脉冲和主脉冲技术树立了标杆。现在，开发商使用这些系统和13.8纳米波长，能够生产出最小的结构。这意味着今天的EUV光源达到了稳定的30和40瓦之间的输出功率，而实验室目前的峰值功率达到了70瓦。
整个生产将变得经济并且高效，因为其只需要250瓦的功率。开发人员已经将125瓦定为下一个目标。为了做到这一点，他们调整系统、修改参数，增加二氧化碳激光器的功率并优化脉冲长度。现在，一些光刻系统正在测试的生产中运行。在持续使用中，他们将提高质量并且保证他们的承诺。EUV光源可实现稳定的30到40瓦之间的输出功率。
到2015年底，通快开发人员的目标是实现大规模生产所需的250瓦的光学功率。然后，芯片制造商应该就能够准备好EUV光刻生产的新一代芯片。
这意味着即使在更低的结构中，单位数的纳米范围也越来越接近。一旦我们做到了，我们仍然不会达到“小”的极限。这就是为什么我们把 “小”变得无法再小的问题放在了后面，我们正在不断接近小的极限。
通快激光放大器在通快激光放大器中，4个千瓦级的激光能放大由第5个激光所发射的脉冲。它能提供多兆瓦的峰值脉冲输出，从等离子体中产生极紫外（EUV）光，每秒钟产生50000次。
通快激光技术部主席谈论未来的半导体生产Peter Leibinger博士在接受德国贸易杂志“Industrieanzeiger”（只有德语发行版）时说：“我们的世界要经历巨大的变化。”作为通快的董事会副主席和激光技术/电子事业部主席，他也在不断推动该公司的研究和发展工作。
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