事关光刻机!美国开发新光源:效率有望提升10倍

发布时间: 2025-01-08 14:03:24
来源: 全球半导体观察


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。(文章来源:TechNews科技新报)


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