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1月6日消息，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)正在研究一種效率比傳統CO2 EUV激光器高10倍的激光器，這將為下一代EUV光刻技術發展奠定基礎。
據報道，LLNL正在研發的是一種拍瓦級(petawatt-class)銩激光器(thulium laser)，采用大孔徑銩 (BAT：Big Aperture Thulium ) 激光技術，與當前行業標準二氧化碳 (CO2) 激光器相比可將EUV光源效率提高約10 倍，未來有望取而代之。
ps.Petawatt(PW)是一個非常大的功率單位，表示10^15瓦特，常用于描述高能激光器的輸出功率。
LLNL認為，這一進步可能為新一代“超越EUV”的光刻系統鋪平道路，從而生產出更小、更強大、制造速度更快、同時耗電量更少的芯片。
當前，EUV光刻系統的能耗是一大問題。無論是低數值孔徑(Low-NA)還是高數值孔徑(High-NA)EUV光刻系統功耗都極高，分別高達1,170千瓦和 1,400 千瓦。
如此高的能耗主要是源于EUV光刻系統的工作原理，高能激光脈以每秒數萬次的頻率蒸發微小的錫液滴(溫度為 500,000?C)，以形成發出13.5納米波長光光的等離子體。這一過程需要龐大的激光基礎設施和冷卻系統，同時還要保證真空環境，防止EUV光被空氣吸收，進一步增加了整體能耗。
不僅如此，EUV工具中的先進反射鏡只能反射部分EUV光，因此必須提高激光器的功率以提高產能。
LLNL目前正在測試BAT(大孔徑銩)這種新型激光器技術，采用摻銩氟化釔鋰(Tm：YLF)作為激光增益介質，理論上可以高效地輸出拍瓦級、超短激光脈沖，遠遠超過目前同類激光器的水平。
據LLNL稱，與在約10微米波長下工作的CO2激光器不同，該系統在大約2微米的波長下工作。從理論上講，當與錫液滴相互作用時，這可以提高等離子體到EUV的轉換效率。此外，與基于氣體的CO2激光器，BAT系統中使用的二極管泵浦固態技術可以提供更好的整體電氣效率和熱管理能力。
“據我們所知，這些脈沖能量是世界上任何波長接近2微米的激光架構所報告的最高脈沖能量的25倍以上，”LLNL物理學家 Issa Tamer說道。
“在過去的五年里，我們進行了理論等離子體模擬和概念驗證激光演示，為這一項目奠定了基礎，”LLNL激光物理學家 Brendan Reagan 說。“我們的工作已經對EUV光刻領域產生了相當大的影響，所以現在我們很高興能邁出下一步。”
不過，將BAT技術應用于半導體生產需要克服重大基礎設施改造帶來的挑戰，因此需要多長時間才能取得成果還有待觀察。目前的EUV極紫外光刻系統，也經過幾十年才開發才得以成熟。
行業分析公司TechInsights曾發出警告，預計到2030年，半導體晶圓廠每年小號的電力將達到54,000 吉瓦 (GW)，超過新加坡或希臘的年用電量。
如果下一代超數值孔徑(Hyper-NA EUV)光刻技術上市，功耗可能會更高。因此，我們可以預期該行業將繼續尋找更節能的技術來為未來的EUV光刻機提供動力，而LLNL的 BAT激光技術無疑為這一目標提供了新的可能性。
浙公網安備 33010602000006號
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