Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) utvikler en Petawatt -laserteknologi basert på thulium som forventes å erstatte karbondioksidlasere som brukes i nåværende ekstrem ultrafiolett litografi (EUV) verktøy og øke effektiviteten til lyskilden med omtrent ti ganger. Dette gjennombruddet kan bane vei for en ny generasjon "Beyond EUV" litografisystemer for å produsere brikker med raskere hastighet og med lavere energiforbruk.
For øyeblikket har energiforbruket til EUV -litografisystemer vekket mye oppmerksomhet. Når du tar lav numerisk blenderåpning (lav-NA) og høy numerisk blenderåpning (High-NA) EUV-litografisystemer som eksempler, er strømforbruket deres så høyt som henholdsvis 1.170 kilowatt og 1400 kilowatt. Dette høye energiforbruket skyldes hovedsakelig arbeidsprinsippet for EUV-systemer: laserpulser med høy energi fordamper tinndråper (500, 000 grader Celsius) med en frekvens av titusenvis per sekund for å danne plasma og avgi lys med en bølgelengde på 13,5 nanometer. Denne prosessen krever ikke bare en enorm laserinfrastruktur og kjølesystem, men må også utføres i et vakuummiljø for å unngå at EUV -lys blir absorbert av luften. I tillegg kan de avanserte speilene i EUV -verktøy bare gjenspeile en del av EUV -lyset, så kraftigere lasere er nødvendig for å øke produksjonskapasiteten.
Den hjemmet bemerket at den "store blenderåpningens thulium laser" (BAT) teknologi ledet av LLNL er designet for å løse de ovennevnte problemene. I motsetning til karbondioksidlasere med en bølgelengde på omtrent 10 mikron, fungerer BAT -laseren med en bølgelengde på 2 mikron, som teoretisk kan forbedre konverteringseffektiviteten til plasma til EUV -lys når tinndråper samhandler med lasere. I tillegg bruker BAT-systemet diode-pumped solid-state-teknologi, som har høyere generell elektrisk effektivitet og bedre termiske styringsfunksjoner enn gasskarbondioksidlasere.
Opprinnelig planla LLNL-forskerteamet å kombinere denne kompakte og høye repetisjonshastigheten BAT-laser med EUV-lyskildesystemet for å teste sin interaksjonseffekt med tinndråper i en bølgelengde på 2 mikron. "I løpet av de siste fem årene har vi fullført teoretiske plasmasimuleringer og bevis-av-konsept-eksperimenter for å legge grunnlaget for dette prosjektet. Arbeidet vårt har allerede hatt en viktig innvirkning innen EUV-litografi, og vi er nå begeistret for den Neste trinn, "sa Brendan Reagan, laserfysiker ved LLNL.
Imidlertid krever anvendelsen av BAT -teknologi i halvlederproduksjon fortsatt å overvinne utfordringen med større infrastrukturtransformasjon. Nåværende EUV -systemer har tatt flere tiår å modnes, så den faktiske anvendelsen av BAT -teknologi kan ta lang tid.
I følge bransjeanalytikerfirmaet TechInsights, innen 2030, vil det årlige strømforbruket av halvlederproduksjonsanlegg nå 54, 000 gigawatts (GW), som er mer enn det årlige strømforbruket til Singapore eller Hellas. Hvis den neste generasjonen av ultra-numerisk blenderåpning (Hyper-NA) EUV-litografiteknologi kommer inn i markedet, kan energiforbruksproblemet forverres ytterligere. Derfor vil bransjens etterspørsel etter mer effektiv og energieffektiv EUV-maskinteknologi fortsette å vokse, og LLNLs BAT-laserteknologi gir utvilsomt nye muligheter for dette målet.
