EUV光刻机里，为什么要用10.6 μm的CO?激光“打”锡滴？

从一滴锡到13.5 nm极紫外光，拆开看EUV光源背后的CO?激光

    提到EUV光刻机，很多人首先想到的是13.5 nm。这个数字几乎已经成了先进光刻的代名词。

    但在这束13.5 nm极紫外光出现之前，系统里还要先用到另一束完全不同的光——波长约10.6 μm的高功率CO?激光。把单位换成纳米，10.6 μm就是10600 nm，波长大约是13.5 nm的785倍。

    问题来了：一束波长长得多的红外CO?激光，为什么会出现在最先进的EUV光源里？它到底做了什么？答案并不在“变频”，而在一滴只有几十微米大小的锡里。

一、先把最容易误解的一件事说清楚：CO?激光不是EUV曝光光

ASML目前商业EUV系统采用的是LPP（Laser-Produced Plasma，激光产生等离子体）光源。其公开资料显示，熔融锡会被制成直径约25 μm的微滴，以约70 m/s的速度进入光源腔体。

每一滴锡并不是简单“挨一下激光”。ASML描述的过程是两步：先用一个较弱的激光脉冲把球形锡滴摊开，变成更适合吸收能量的扁平目标；随后再用更强的激光脉冲把它加热、汽化并形成高温等离子体。

图1｜双脉冲整形与主脉冲发光机制：预脉冲先改变锡滴形态，主脉冲再将其加热并电离形成锡等离子体。

这团锡等离子体会在13.5 nm附近产生强烈的EUV辐射。随后，EUV光由多层反射镜收集并导入光刻系统。

图2｜EUV光源（LPP）工作原理示意：CO?激光提供驱动能量，锡等离子体才是13.5 nm EUV辐射的直接来源。

二、为什么偏偏要用CO?激光？关键不是“波长接近”，而是等离子体效率

这里最容易产生第二个误解：既然最终需要13.5 nm，是不是10.6 μm的CO?激光通过某种倍频或波长转换，直接变成了13.5 nm？不是。

CO?激光在这里更像一台“能量驱动器”。它把能量耦合进锡靶，制造出合适温度、密度和形态的等离子体；13.5 nm光来自锡离子的辐射，而不是CO?激光本身。

公开的EUV光源研究综述指出，工业LPP光源长期采用10.6 μm CO?气体激光作为高能主脉冲驱动源，一个重要原因是这种波长驱动锡等离子体时具有较好的EUV转换效率，同时CO?激光也具备向高平均功率扩展的工程基础。

图3｜为什么LPP EUV光源采用CO?激光驱动：高功率、高重复频率、与锡等离子体的有效耦合及成熟工业化基础共同作用。

三、真正夸张的不是“打一滴锡”，而是每秒要重复数万次

如果只看一滴锡，这件事似乎没有那么离谱。真正进入工业量产以后，难度来自重复频率、同步精度和长期稳定性。

ASML的EUV产品介绍长期用“最高约50,000次/秒”来说明锡滴与激光作用的节奏；而ASML 2025年年报进一步写到，其最新商业光源中，这一过程已经达到约60,000次/秒。两组数字分别对应通用产品说明和更新一代商业光源，并不矛盾。

换句话说，系统不是偶尔把一滴锡打成等离子体，而是要持续完成“发现锡滴—预测位置—两次激光作用—形成等离子体—收集EUV”的高速闭环。任何一次能量、位置或时间上的偏差，都会影响EUV输出。

这也是为什么ASML把锡滴发生器称为EUV光源的“心跳”。在这里，激光功率只是一个基础指标，更难的是每一次脉冲都要和一颗高速运动的微滴精确同步。

四、这里的CO?激光，和我们常见的几百瓦工业激光器不是一个工程量级

看到“CO?激光”四个字，很容易把它和PCB钻孔、切割、雕刻所使用的几百瓦工业CO?激光器放在一起理解。激光介质和波长属于同一技术谱系，但EUV驱动光源的系统复杂度完全不同。

美国NIST牵头的EUV光刻工作组在公开报告中曾用一个工业系统基准来描述这种专用驱动源：10.6 μm CO?激光，平均功率约30 kW、重复频率约50 kHz。这个数字适合作为公开技术量级参考，但不应直接当作2026年ASML最新商业系统的精确规格。

重要的不是记住“30 kW”这个数，而是理解它背后的工程逻辑：EUV需要的不是一台普通加工激光器，而是一套为锡等离子体光源定制的高功率、高重复频率、精确脉冲控制与多级系统集成方案。

五、EUV光源真正难在哪里？四个问题，普通人也能看懂

第一，要打得准。几十微米的锡滴高速运动，激光必须在正确的空间位置和正确的时间命中目标。

第二，要打得快。最新商业光源已经进入每秒约6万次的节奏，系统必须把激光、相机、传感器和控制算法做成高度同步的整体。

第三，每次还要尽量一样。EUV最终进入曝光系统，输出能量的稳定性直接关系到曝光的一致性。因此，脉冲能量、靶形、命中位置和等离子体状态都需要被持续控制。

第四，还要控制“脏东西”。锡是EUV光源必须使用的材料，但被激光打成等离子体后，也会带来颗粒、蒸气和离子等碎屑。ASML公开资料指出，离等离子体最近的collector mirror（集光镜）对污染极其敏感，只有几纳米级的污染就可能造成严重影响。

所以，EUV光源不是“高功率激光器 + 锡滴”这么简单。它同时是激光、等离子体、精密光学、真空、材料、传感、控制和污染管理共同构成的系统工程。

图4｜EUV光源的四个关键工程挑战：打得准、打得快、打得稳，还要长期控制锡碎屑与污染。

六、为什么这个故事值得CO?激光行业关注？

CO?激光是一项已经发展数十年的成熟技术。很多人提到它，首先想到的仍然是非金属切割、打标、PCB微孔等传统工业场景。EUV给出了一个完全不同的答案：成熟技术并不等于技术边界已经固定。

从几百瓦级材料加工，到数十千瓦级EUV驱动光源，应用差异很大，但越往高端走，评价激光器的方式反而越来越相似：不是只问“多少瓦”，而是继续追问光束质量、脉冲控制、功率稳定性、热管理、重复频率，以及能否长期和整套设备稳定协同。

结语：13.5 nm的背后，站着一束10.6 μm的红外激光

EUV最有意思的地方之一，就在于这种“看起来不相关”的技术组合。最终用来曝光晶圆的是13.5 nm极紫外光，但制造这束光的重要步骤，却要依赖10.6 μm高功率CO?激光去驱动锡等离子体。

这不是把一个波长“变成”另一个波长，而是把激光能量、材料和等离子体物理组织成一套可重复、可量产的工业系统。

下一次再看到“13.5 nm EUV”这个数字时，不妨记住它背后的另一组数字：10.6 μm，以及那一颗颗高速飞行的锡滴。

公开资料与数据来源

1. ASML｜Light & lasers：EUV光源原理、约25 μm锡滴、约70 m/s及双脉冲过程。

2. ASML｜San Diego：CO?激光双脉冲、13.5 nm EUV、锡管理与系统同步。

3. ASML｜2025 Annual Report - Strategy & stories：最新商业光源约60,000次/秒。

4. ASML｜EUV lithography systems：CO?激光、锡滴与最高约50,000次/秒的通用工作原理。

5. ASML｜What have materials got to do with it?：collector mirror与锡污染问题。

6. NIST / U.S. Government｜Report from the EUV Lithography Working Group：10.6 μm、约30 kW、50 kHz的公开工业驱动源量级参考。

7. Journal of Optics Topical Review｜Microdroplet-tin plasma sources of EUV radiation：工业10.6 μm CO?驱动锡等离子体及转换效率背景。

说明：本文中的“30 kW / 50 kHz”来自NIST公开工作组报告，用作工业EUV驱动CO?激光的公开量级参考，不作为2026年ASML最新商业机型的精确规格；最新重复节奏采用ASML 2025年报披露的约60,000次/秒。