美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）正在研發(fā)一種基于銩元素的拍瓦（petawatt）級(jí)激光技術(shù)，該技術(shù)有望取代當(dāng)前極紫外光刻（EUV）工具中使用的二氧化碳激光器，并將光源效率提升約十倍。這一突破可能為新一代“超越 EUV”的光刻系統(tǒng)鋪平道路，從而以更快的速度和更低的能耗制造芯片。

當(dāng)前，EUV 光刻系統(tǒng)的能耗問(wèn)題備受關(guān)注。以低數(shù)值孔徑（Low-NA）和高數(shù)值孔徑（High-NA）EUV 光刻系統(tǒng)為例，其功耗分別高達(dá) 1,170 千瓦和 1,400 千瓦。這種高能耗主要源于 EUV 系統(tǒng)的工作原理：高能激光脈沖以每秒數(shù)萬(wàn)次的頻率蒸發(fā)錫滴（50 萬(wàn)攝氏度），以形成等離子體并發(fā)射 13.5 納米波長(zhǎng)的光。這一過(guò)程不僅需要龐大的激光基礎(chǔ)設(shè)施和冷卻系統(tǒng)，還需要在真空環(huán)境中進(jìn)行以避免 EUV 光被空氣吸收。此外，EUV 工具中的先進(jìn)反射鏡只能反射部分 EUV 光，因此需要更強(qiáng)大的激光來(lái)提高產(chǎn)能。

LLNL 主導(dǎo)的“大口徑銩激光”（BAT）技術(shù)旨在解決上述問(wèn)題。與波長(zhǎng)約為 10 微米的二氧化碳激光器不同，BAT 激光器的工作波長(zhǎng)為 2 微米，理論上能夠提高錫滴與激光相互作用時(shí)的等離子體到 EUV 光的轉(zhuǎn)換效率。此外，BAT 系統(tǒng)采用二極管泵浦固態(tài)技術(shù)，相較于氣體二氧化碳激光器，具有更高的整體電效率和更好的熱管理能力。

最初，LLNL 的研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將這種緊湊且高重復(fù)率的 BAT 激光器與 EUV 光源系統(tǒng)結(jié)合，測(cè)試其在 2 微米波長(zhǎng)下與錫滴的相互作用效果。LLNL 激光物理學(xué)家布倫丹?里根（Brendan Reagan）表示：“過(guò)去五年中，我們已經(jīng)完成了理論等離子體模擬和概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，為這一項(xiàng)目奠定了基礎(chǔ)。我們的工作已經(jīng)在 EUV 光刻領(lǐng)域產(chǎn)生了重要影響，現(xiàn)在我們對(duì)下一步的研究充滿期待。”

然而，將 BAT 技術(shù)應(yīng)用于半導(dǎo)體生產(chǎn)仍需克服重大基礎(chǔ)設(shè)施改造的挑戰(zhàn)。當(dāng)前的 EUV 系統(tǒng)經(jīng)過(guò)數(shù)十年才得以成熟，因此 BAT 技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用可能需要較長(zhǎng)時(shí)間。

據(jù)行業(yè)分析公司 TechInsights 預(yù)測(cè)，到 2030 年，半導(dǎo)體制造廠的年耗電量將達(dá)到 54,000 吉瓦（GW），超過(guò)新加坡或希臘的年用電量。如果下一代超數(shù)值孔徑（Hyper-NA）EUV 光刻技術(shù)投入市場(chǎng)，能耗問(wèn)題可能進(jìn)一步加劇。因此，行業(yè)對(duì)更高效、更節(jié)能的 EUV 機(jī)器技術(shù)的需求將持續(xù)增長(zhǎng)，而 LLNL 的 BAT 激光技術(shù)無(wú)疑為這一目標(biāo)提供了新的可能性。 

（來(lái)源：IT之家）