13.5 奈米的極紫外光不是自然存在的光，它得從錫等離子體中激發出來。ASML 花了二十多年，終於讓這種光穩定地在晶圓廠裡亮起，而這段歷史的核心，是一個看似簡單卻幾乎不可能的物理挑戰
怎麼讓一顆流動中的錫滴被雷射打中、變成穩定的 EUV 光源。
從物理出發：為什麼是錫、為什麼是雷射
EUV 光子能量高達 92 電子伏特，比可見光的 1.5 至 3 eV 高出近三十倍。要發出這樣的光，必須讓原子被高度游離，內層電子再落回低能階時釋放能量。錫（Sn）正好位於理想區間，原子序 50，介於鎘與銻之間，其 4d–4f 能階轉換正對應 13.5 奈米，並在放電能量下產生密集的線譜峰。 當錫離子被剝除 8 至 12 顆外層電子時，這些內層躍遷釋放出 EUV 所需的高能光子。
接下來的問題是：怎麼點燃它。1990 年代末期，研究者嘗試過放電等離子 DPP（Discharge-Produced Plasma）與雷射等離子LPP（Laser-Produced Plasma）兩種路線。DPP 的電極在高功率下會被侵蝕、產生碎屑汙染鏡面；而 LPP 則以錫滴取代電極為消耗源，透過雷射能量點燃等離子體，使鏡面遠離電流與金屬噴濺風險。因此 LPP 成為唯一能被持續放大的工程化路線。
LPP 的運作：每秒五萬次的微縮爆炸
在 ASML 的 EUV 光源中，錫滴直徑約 25–30 微米，每秒生成約 5–6 萬顆，命中精度需控制在 ±3 微米內。雷射追蹤與延遲校正的時間容差低於 10 奈秒，每一顆錫滴若偏離焦點數微米，就可能導致能量損失或碎屑暴增。
LPP 的運作採用雙脈衝結構：
- 預脈衝（PP，Pre-Pulse）
第一發雷射輕輕打在錫滴上，讓表面氣化並產生壓力波，將球形錫滴展開成盤。 這個動作把 30 微米的小球展開成約 500 微米的薄盤，厚度僅幾奈米，能大幅增加受光面積並降低反射損失。 - 主脈衝（MP，Main Pulse）
約一微秒後，主脈衝（10 μm CO₂ 雷射）到達，瞬間將薄盤加熱至數十萬度，錫被完全電離，釋放出 13.5 nm 的 EUV 光。
這套架構首次在 2013 年 NXE:3100 上量產，光源輸出從 10 W 躍升至 100 W，再一路推進至 250、400，乃至今日的 600 W 目標。
EUV 的轉換效率為什麼這麼低
ASML 前 CTO Martin van den Brink 曾以一句話道出 EUV 光源的本質：
從電網吸進 1.5 兆瓦電力，最後只有 1 瓦 EUV 光落在晶圓上。
整體 EUV 系統的轉換效率僅約 0.1% 至 0.3%。其中錫等離子將雷射能轉為 EUV 的效率不到 2%，再經過多層反射鏡後，到達晶圓僅剩千分之一。因此，只要轉換效率（Conversion Efficiency, CE）稍有提升，就能在相同能耗下顯著提高晶圓吞吐量。但雷射功率與錫滴頻率都已逼近極限，接下來唯一能優化的，就是等離子本身的物理條件。
在 2024 年的 SEMICON Korea，ASML 首度展示了下一代光源藍圖，從雙脈衝（Pre + Main）進化為三脈衝（Pre + Rarefaction + Main）。
這個新增的第二發稱為稀釋脈衝（Rarefaction Pulse），它夾在預脈衝與主脈衝之間，目的在於稀釋錫盤密度，使其形成一層輕盈的錫蒸氣羽流。
時序設計上，預脈衝展盤後約 1 μs，稀釋脈衝以 1 μm 波段雷射擊發，降低密度；再經約 100 ns 延遲，主脈衝（10 μm）點燃等離子體產生 EUV。前兩發屬於整形與預熱，最後一發則是高能點火。
這樣的設計讓主脈衝能更有效被吸收，同時減少自吸收與鏡面污染。實驗與模擬顯示，轉換效率可提升 30–50%，源功率有望跨上 800–1000 W。
但要做到這一點，控制難度遠超過想像。三發雷射的時序要精確到奈秒，稀釋脈衝與主脈衝的延遲必須踩在甜蜜點：過短會反射，過長會消散。ASML 新專利顯示，他們利用高速相機量測錫滴形狀與羽流密度，再即時修正雷射能量與角度，形成閉迴路動態控制。這是雷射物理、機械控制與 AI 校準的結合。
從 NOMO 到 MOPA，再到三脈衝：LPP 的進化史
在 ASML 的 EUV 光源研發史中，「NOMO」與「MOPA」是兩個決定性的架構轉折。
- NOMO（No Master Oscillator）：構想是讓錫滴充當雷射腔鏡，使雷射能自然在錫滴經過焦點時擊發。理論上不需額外追蹤，可自動同步。 但實驗結果顯示，錫滴移動太快，光在腔內反射的時間不夠建立增益，且金屬蒸氣會污染鏡面。這個物理自同步的構想雖極具巧思，卻無法在工業條件下維持穩定輸出。2010 年前後，NXE:3100 NOMO 原型僅約 10 W 輸出。
- MOPA（Master Oscillator Power Amplifier）：讓雷射架構回到可控的電子節奏： 由主振盪器產生穩定的種子脈衝，再經多級功率放大器輸出到錫滴。 這樣的架構可精確控制時間延遲、能量波形與功率放大，成功解決 NOMO 的增益與污染問題，也成為雙脈衝（Pre + Main）架構的基礎。
如今的三脈衝架構，更像是 MOPA 的智能化延伸。系統在啟動階段以低佔空比運行，逐步校準錫滴軌跡與羽流擴散，再進入高佔空比全速生產。 LPP 因此從純機械控制進化為具學習能力的動態系統。
三脈衝雖提升了效率，但也將能源與冷卻壓力推上新層級。一台 800 W EUV 光源系統的耗能接近 1.8 兆瓦，相當於一棟小型辦公大樓。未來的 EUV 廠區勢必得重新設計電力、冷卻與廢熱回收架構，否則整體能耗將成為瓶頸。
