在美國勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL），科研人員正致力于一項(xiàng)可能重塑半導(dǎo)體制造行業(yè)的突破性技術(shù)。他們正在研發(fā)的基于銩元素的拍瓦級激光技術(shù)，被看作是現(xiàn)有極紫外光刻（EUV）技術(shù)中二氧化碳激光器的一個(gè)潛在替代者，這項(xiàng)技術(shù)有望將光源效率提升近十倍。
目前，EUV光刻系統(tǒng)的能耗問題一直是行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。不論是低數(shù)值孔徑（Low-NA）還是高數(shù)值孔徑（High-NA）的EUV系統(tǒng)，其功耗都相當(dāng)可觀，分別高達(dá)1170千瓦和1400千瓦。這種高能耗主要源自EUV系統(tǒng)的工作原理：利用高能激光脈沖以極高的頻率蒸發(fā)錫滴，形成等離子體并發(fā)射13.5納米波長的光。這一復(fù)雜過程不僅需要龐大的激光基礎(chǔ)設(shè)施和高效的冷卻系統(tǒng)，還需要在真空環(huán)境中進(jìn)行，以避免EUV光被空氣吸收。EUV工具中的先進(jìn)反射鏡只能反射部分EUV光，因此需要使用更強(qiáng)大的激光來提高產(chǎn)能。
LLNL提出的“大口徑銩激光”（BAT）技術(shù)正是為了解決這些能耗和技術(shù)挑戰(zhàn)。與目前使用的二氧化碳激光器（波長約為10微米）不同，BAT激光器的工作波長為2微米，這一改變理論上能夠顯著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。BAT系統(tǒng)還采用了二極管泵浦固態(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出色的熱管理能力。
LLNL的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為這一技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在過去的五年中，他們完成了理論等離子體模擬和概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，證明了BAT激光器在2微米波長下與錫滴相互作用的潛力。LLNL的激光物理學(xué)家布倫丹·里根表示，這些工作已經(jīng)在EUV光刻領(lǐng)域產(chǎn)生了重要影響，團(tuán)隊(duì)對未來的研究充滿期待。
然而，盡管BAT技術(shù)展現(xiàn)出巨大的潛力，但將其應(yīng)用于半導(dǎo)體生產(chǎn)仍面臨重大挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的EUV系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展才達(dá)到目前的成熟度，因此BAT技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用可能需要較長時(shí)間，并需要對現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行重大改造。
面對半導(dǎo)體制造行業(yè)日益增長的能耗問題，BAT技術(shù)的出現(xiàn)無疑為行業(yè)提供了新的解決方案。據(jù)行業(yè)分析公司預(yù)測，到2030年，半導(dǎo)體制造廠的年耗電量將達(dá)到54000吉瓦（GW），超過一些國家的年用電量。如果下一代超數(shù)值孔徑（Hyper-NA）EUV光刻技術(shù)投入市場，能耗問題可能會(huì)進(jìn)一步加劇。因此，行業(yè)對更高效、更節(jié)能的EUV技術(shù)的需求將持續(xù)增長，而LLNL的BAT激光技術(shù)正是這一需求的有力回應(yīng)。
