یکی از چالش‌های اصلی در توسعه اسکنرهای لیتوگرافی فرابنفش شدید (EUV)، ساخت یک منبع نور قدرتمند و قابل اعتماد است. ASML، تنها شرکتی که ابزارهای لیتوگرافی EUV را تولید می‌کند، از فناوری نسبتاً پیچیده پلاسمای تولید شده با لیزر (LPP) برای تولید نور EUV استفاده می‌کند. در مقابل، شرکت‌های متعددی پیشنهاد استفاده از لیزر الکترون آزاد (FEL) را می‌دهند که برای تولید EUV به یک شتاب‌دهنده ذرات متکی است. در حالی که FEL مزایای خود را دارد و حتی توسط ایلان ماسک تأیید شده است، طبق گفته جی‌پی‌مورگان، ASML بعید است آن را بپذیرد.

«با توجه به پیشرفت‌های لیزر، ASML دلیلی برای امتحان منبع نور جدید ‘FEL’ که مورد علاقه ماسک است، نمی‌بیند»، Semi Doped گزارش می‌دهد و به یادداشت جی‌پی‌مورگان برای مشتریان استناد می‌کند.

سیستم‌های لیتوگرافی EUV مدرن از منابع نور پلاسمای تولید شده با لیزر استفاده می‌کنند که پالس‌های قدرتمند لیزر CO₂ را به قطرات کوچک قلع مذاب، با قطر حدود ۳۰ میکرون، شلیک می‌کنند. این قطرات به پلاسمای یونیزه با دمای الکترونی ده‌ها الکترون‌ولت تبدیل می‌شوند که تابش EUV با طول موج ۱۳.۵ نانومتر ساطع می‌کند. سپس نور توسط یک آینه جمع‌آوری‌کننده بیضوی تقریباً ۰.۵ متری که با لایه‌های متعددی از مولیبدن و سیلیکون پوشانده شده است، جمع‌آوری می‌شود. این آینه به طور انتخابی تا حد امکان تابش ۱۳.۵ نانومتری را بازتاب داده و آن را به سمت کانون میانی در ورودی اسکنر هدایت می‌کند.

از آنجایی که تقریباً تمام مواد تابش EUV را جذب می‌کنند – حتی آینه‌های چندلایه تخصصی نیز بخش قابل توجهی از آن را جذب می‌کنند – کل مسیر نوری باید در خلاء کار کند و به جای اپتیک‌های انکساری معمولی، از اپتیک‌های بازتابی استفاده کند، که یکی از دلایلی است که تولید توان کافی منبع EUV همچنان چالش‌برانگیز است.

با وجود چالش‌های عمده، ASML به تدریج توان منبع نور LPP خود را از حدود ۲۵۰ وات به حدود ۵۰۰ وات افزایش داده و قصد دارد در سال‌های آینده آن را به ۱۰۰۰ وات برساند. علاوه بر این، این شرکت قصد دارد تعداد قطرات قلع تولید شده را تقریباً دو برابر کرده و به ۱۰۰,۰۰۰ قطره در هر ثانیه برساند.

لیزر الکترون آزاد (FEL) با شتاب دادن الکترون‌ها تقریباً تا سرعت نور و عبور دادن پرتو الکترونی از یک آندولاتور – مجموعه‌ای از آهنرباهای متناوب که الکترون‌ها را مجبور به نوسان و انتشار تابش می‌کنند – نور EUV تولید می‌کند. تعامل بین الکترون‌ها و تابش آن‌ها باعث می‌شود که خوشه‌های میکروسکوپی تشکیل داده و نور با طول موج ۱۳.۵ نانومتر ساطع کنند. این رویکرد قطرات قلع و ذرات مرتبط (که نیاز به استفاده از پوشش‌های محافظ روی فوتوماسک‌ها دارند) را حذف می‌کند و همچنین به طور بالقوه توان EUV به مراتب بالاتری نسبت به منابع LPP فراهم می‌آورد. علاوه بر این، یک FEL می‌تواند به طور بالقوه چندین منبع LPP را با یک FEL واحد و یک سیستم توزیع پرتو EUV بزرگ جایگزین کند.

با این حال، یک مبادله بزرگ وجود دارد: به جای LPP نسبتاً فشرده، FEL به یک شتاب‌دهنده ذرات بسیار پیچیده، یک منبع الکترون، یک آندولاتور بلند، کنترل پرتو الکترونی، محافظت در برابر تابش، و یک سیستم توزیع بسیار پیچیده با آینه‌هایی که قادر به مدیریت و توزیع توان EUV بسیار بالا بدون از دست دادن زیاد آن در طول مسیر هستند، نیاز دارد. کل این دستگاه باید به سطوح دسترسی، کارایی و هزینه کارخانه‌های تولید نیمه‌رسانا دست یابد، چیزی که ASML و بقیه صنعت سال‌ها برای دستیابی به آن زمان صرف کردند.

بنابراین، در حالی که شور و شوق زیادی در مورد FEL در چین، ایالات متحده و ژاپن وجود دارد، احتمالاً یک دهه، اگر نه بیشتر، طول خواهد کشید تا FEL بتواند در تأسیسات واقعی تولید نیمه‌رسانا با LPP رقابت کند. این فناوری در این مدت میلیاردها دلار را خواهد بلعید، بنابراین همه نهادهایی که در حال حاضر به دنبال FEL هستند، تا آن زمان دوام نخواهند آورد.