Op 5 januari 2025 ontwikkelt Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) een Thulium-gebaseerde Petawatt-klasse lasertechnologie die naar verwachting de koolstofdioxide-lasers vervangt die worden gebruikt in de huidige extreme ultraviolet lithografie (EUV) -hulpmiddelen en de bronefficiëntie verhoogt met een factor ongeveer tien. Deze doorbraak zou de weg kunnen effenen voor een nieuwe generatie "Beyond EUV" lithografiesystemen die chips sneller en met minder energie kunnen fabriceren.
Momenteel is het energieverbruik van EUV -lithografiesystemen een grote zorg. Low-NA en high-Na EUV lithografiesystemen verbruiken bijvoorbeeld maar liefst 1.170 kW en 1.400 kW, respectievelijk. Dit hoge energieverbruik komt voort uit het principe van het EUV-systeem: hoge energie laserpulsen verdampen een tinnen druppel (500, 000 graden Celsius) tienduizenden keren per seconde om een plasma te vormen en licht te vormen bij een golflengte van 13,5 nanometers. Dit proces vereist niet alleen een uitgebreide laserinfrastructuur en koelsysteem, het moet ook worden uitgevoerd in een vacuümomgeving om te voorkomen dat EUV -licht door de lucht wordt geabsorbeerd. Bovendien weerspiegelen de geavanceerde spiegels in EUV -tools slechts een deel van het EUV -licht, dus krachtigere lasers zijn nodig om de doorvoer te vergroten.
LLNL's toonaangevende "grote diafragma thulium laser" (BAT) -technologie is ontworpen om deze problemen aan te pakken. In tegenstelling tot koolstofdioxide-lasers, die een golflengte van ongeveer 10 micron hebben, werkt de vleermuislaser op een golflengte van 2 micron, die theoretisch de plasma-naar-EUV-conversie-efficiëntie van de tindruppeltjes verbetert terwijl ze interageren met de laser. Bovendien maakt het BAT-systeem gebruik van diode-gepompte vaste toestandstechnologie, die een hogere algehele elektrische efficiëntie en beter thermisch beheer biedt dan GAS-CO2-lasers.
Aanvankelijk was het LLNL-onderzoeksteam van plan om de compacte, hoge-repetition-rate bat laser te combineren met een EUV-lichtbronsysteem om zijn interactie met tindruppeltjes te testen op een golflengte van 2 micron, "zei LLNL laserfysicist Brendan Reagan." In de afgelopen vijf jaar hebben we de grondwork voor dit project voltooid. Ons werk heeft al een aanzienlijke impact gehad op het gebied van EUV -lithografie en we kijken nu uit naar de volgende stap in ons onderzoek. "
Het toepassen van vleermuistechnologie op de productie van halfgeleiders vereist echter nog steeds de uitdagingen van grote infrastructuuraanpassingen. De huidige EUV -systemen hebben tientallen jaren geduurd om te rijpen, dus de praktische toepassing van BAT -technologie kan langer duren.
Industrieanalistenbedrijf Techinsights voorspelt dat in 2030, halfgeleiderfabrieken 54, 000 gigawatt (GW) van elektriciteit jaarlijks zullen consumeren, meer dan het jaarlijkse elektriciteitsgebruik van Singapore of Griekenland. Het probleem van het energieverbruik kan verder worden verergerd als de volgende generatie hyper-numerieke opening (hyper-NA) EUV-lithografie-technologie op de markt komt. Als gevolg hiervan zal de behoefte van de industrie aan efficiëntere, energiebesparende EUV-machinetechnologie blijven groeien en de BAT-lasertechnologie van LLNL opent zeker nieuwe mogelijkheden voor dit doel.
