日本研究团队提出多激光束照射方法提高EUV光源效率

宇都宫大学等多所机构的研究团队在提高极端紫外（EUV）光源效率方面的最新研究成果。研究团队提出了一种多激光束照射方法，并通过实验验证了该方法可以显著提高EUV光源的效率。

EUV曝光设备的能耗大部分来源于EUV光源。提高EUV光源的输出功率需要增加驱动激光的功率，但这会导致能耗巨大。为了降低能耗并提高EUV光源的输出功率，研究团队探索了新的技术路径。

图 1：实验装置的概念图。使用的激光设备是两个独立的Nd:YAG激光器。使用外部触发器同步两个激光器。 1 束照射仅使用一台装置（脉冲能量：500 mJ/脉冲）。通过调整透镜的位置，根据照射光束的数量改变聚焦尺寸，将Sn目标位置处的激光强度调整为2×1011W/cm2。当照射多光束时，照射激光的总脉冲能量设置为500 mJ，通过调整每个透镜的位置将每个光束的聚焦激光强度设置为2×1011 W/cm2。使用EUV能量计测量EUV能量，然后评估EUV转换效率。 EUV光源的尺寸是用针孔相机测量的，快离子是用法拉第杯测量的。

研究团队提出使用波长约为2微米的固体激光器替代传统的二氧化碳（CO2）激光器，因为其电光转换效率更高，能耗更低。研究发现，通过将激光束分成多束并同时照射目标，可以提高EUV的转换效率。在相同总能量下，使用多束激光比单束激光可以更高效地生成EUV光。使用两束激光照射时，EUV转换效率达到了4.7%，这是目前世界上使用波长为1微米的Nd:YAG激光器在相同条件下的最高记录。多束激光的入射角和数量的调整均显示出提高EUV转换效率的效果。

图 2：EUV 转换效率对激光照射光束数量的依赖性。当有两束光束时，EUV 转换效率最高。通过准备两个时间同步的独立激光器并同时照射激光脉冲，我们能够将 EUV 转换效率提高一倍以上。这意味着每个激光系统的功率都可以降低。这表明，随着激光系统输出的增加，开发负担可以减轻，并且EUV转换效率也得到提高，从而导致EUV光源的功耗更低或输出更高。

激光束照射方法不仅可以降低单个激光器的输出需求，还能避免高能量激光对激光器和光学元件的损伤。这一方法为未来的高效EUV光源和节能EUV曝光工具提供了新的技术路径。

目前的实验结果需要进一步通过数值模拟和放射流体力学分析来深入理解。研究团队计划继续优化这一多激光束照射技术，以实现更高效、更低能耗的EUV光源。研究成果已经发表在2024年7月16日American Institute of Physics的《Applied Physics Letters》上。论文名：Efficient extreme ultraviolet emission by multiple laser pulses，URL：https://doi.org/10.1063/5.0214952