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1月6日消息，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)正在研究一種效率比傳統(tǒng)CO2 EUV激光器高10倍的激光器，這將為下一代EUV光刻技術(shù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
據(jù)報(bào)道，LLNL正在研發(fā)的是一種拍瓦級(jí)(petawatt-class)銩激光器(thulium laser)，采用大孔徑銩 (BAT：Big Aperture Thulium ) 激光技術(shù)，與當(dāng)前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳 (CO2) 激光器相比可將EUV光源效率提高約10 倍，未來(lái)有望取而代之。
ps.Petawatt(PW)是一個(gè)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(rèn)為，這一進(jìn)步可能為新一代“超越EUV”的光刻系統(tǒng)鋪平道路，從而生產(chǎn)出更小、更強(qiáng)大、制造速度更快、同時(shí)耗電量更少的芯片。
當(dāng)前，EUV光刻系統(tǒng)的能耗是一大問(wèn)題。無(wú)論是低數(shù)值孔徑(Low-NA)還是高數(shù)值孔徑(High-NA)EUV光刻系統(tǒng)功耗都極高，分別高達(dá)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(tǒng)的工作原理，高能激光脈以每秒數(shù)萬(wàn)次的頻率蒸發(fā)微小的錫液滴(溫度為 500,000?C)，以形成發(fā)出13.5納米波長(zhǎng)光光的等離子體。這一過(guò)程需要龐大的激光基礎(chǔ)設(shè)施和冷卻系統(tǒng)，同時(shí)還要保證真空環(huán)境，防止EUV光被空氣吸收，進(jìn)一步增加了整體能耗。
不僅如此，EUV工具中的先進(jìn)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(chǎn)能。
LLNL目前正在測(cè)試BAT(大孔徑銩)這種新型激光器技術(shù)，采用摻銩氟化釔鋰(Tm：YLF)作為激光增益介質(zhì)，理論上可以高效地輸出拍瓦級(jí)、超短激光脈沖，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前同類激光器的水平。
據(jù)LLNL稱，與在約10微米波長(zhǎng)下工作的CO2激光器不同，該系統(tǒng)在大約2微米的波長(zhǎng)下工作。從理論上講，當(dāng)與錫液滴相互作用時(shí)，這可以提高等離子體到EUV的轉(zhuǎn)換效率。此外，與基于氣體的CO2激光器，BAT系統(tǒng)中使用的二極管泵浦固態(tài)技術(shù)可以提供更好的整體電氣效率和熱管理能力。
“據(jù)我們所知，這些脈沖能量是世界上任何波長(zhǎng)接近2微米的激光架構(gòu)所報(bào)告的最高脈沖能量的25倍以上，”LLNL物理學(xué)家 Issa Tamer說(shuō)道。
“在過(guò)去的五年里，我們進(jìn)行了理論等離子體模擬和概念驗(yàn)證激光演示，為這一項(xiàng)目奠定了基礎(chǔ)，”LLNL激光物理學(xué)家 Brendan Reagan 說(shuō)。“我們的工作已經(jīng)對(duì)EUV光刻領(lǐng)域產(chǎn)生了相當(dāng)大的影響，所以現(xiàn)在我們很高興能邁出下一步。”
不過(guò)，將BAT技術(shù)應(yīng)用于半導(dǎo)體生產(chǎn)需要克服重大基礎(chǔ)設(shè)施改造帶來(lái)的挑戰(zhàn)，因此需要多長(zhǎng)時(shí)間才能取得成果還有待觀察。目前的EUV極紫外光刻系統(tǒng)，也經(jīng)過(guò)幾十年才開發(fā)才得以成熟。
行業(yè)分析公司TechInsights曾發(fā)出警告，預(yù)計(jì)到2030年，半導(dǎo)體晶圓廠每年小號(hào)的電力將達(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)上市，功耗可能會(huì)更高。因此，我們可以預(yù)期該行業(yè)將繼續(xù)尋找更節(jié)能的技術(shù)來(lái)為未來(lái)的EUV光刻機(jī)提供動(dòng)力，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。
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