事关光刻机！美国开发新光源：效率有望提升10倍

据外媒报导，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL）正在研发铥元素的拍瓦（petawatt）级激光。据悉，这款激光器拥有将极紫外光刻（EUV）光源效率提高约10倍的能力，或有望取代当前EUV工具中使用的二氧化碳激光器，以更快速度和更低能耗制造芯片。

EUV极紫外光刻系统的能耗问题备受关注。以一般数值孔径（Low-NA）和高数值孔径（High-NA）EUV极紫外光刻系统为例，二者功耗分别高达1,170千瓦和1,400千瓦，高能耗来自EUV原理，也就是藉由高能激光脉冲，以每秒数万次频率蒸发锡球（约50万°C）以形成等离子体，然后发射13.5纳米波长光。这不仅需庞大雷射基础设施和冷却系统，还需要真空环境，以避免EUV光被空气吸收。EUV先进反射镜只能反射部分EUV光，因此需要更强大激光提高产能。

LLNL主导的“大口径铥激光（BAT）”目标为解决以上问题。与波长约为10微米的二氧化碳激光不同，BAT波长为2微米，理论上能提高锡球与激光相互作用时等离子体到EUV光的转换效率。此外，BAT系统采用二极管泵浦固态，相较气体二氧化碳激光器，有更高整体电能效率和更佳热管理。

最初，LLNL团队计划将这种紧凑且高重复率的BAT与EUV光源系统结合，测试2微米波长下与锡球的相互作用。LLNL激光物理学家Brendan Reagan表示，过去五年完成理论等离子体模拟和概念验证实验，为计划奠定基础，对EUV产生重要影响，对下步研究充满期待。

即便如此，要将BAT用于半导体生产仍需克服重大基础设施改造的挑战。因为EUV也经数十年发展才成熟，BAT实际应用可能需较长时间。

有数据显示，到2030年，半导体制造厂的年耗电量将达到54,000 GW，超过新加坡或希腊年用电量。如果下代超数值孔径（Hyper-NA）EUV投入市场，能耗问题可能加剧。产业对更高效、更节能的EUV需求持续成长，而LLNL BAT无疑提供了新的可行性。

封面图片来源：拍信网