Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) sta sviluppando una tecnologia laser Petawatt basata sul tulium che dovrebbe sostituire i laser di biossido di carbonio utilizzati negli strumenti di litografia ultravioletta estrema (EUV) e aumenteranno l'efficienza della fonte di luce di circa dieci volte. Questa svolta può aprire la strada a una nuova generazione di sistemi litografici "Beyond EUV" per produrre chip a una velocità maggiore e con un consumo di energia inferiore.
Attualmente, il consumo di energia dei sistemi di litografia EUV ha attirato molta attenzione. Assumendo Apertura numerica bassa (bassa Na) e ad alta apertura numerica (High-Na) Sistemi di litografia EUV come esempi, il loro consumo di energia è alto quanto 1.170 kilowatt e 1.400 kilowatt rispettivamente. Questo elevato consumo di energia è dovuto principalmente al principio di lavoro dei sistemi EUV: gli impulsi laser ad alta energia evaporano le goccioline di stagno (500, 000 gradi Celsius) ad una frequenza di decine di migliaia al secondo per formare plasma e emettere luce con una lunghezza d'onda di 13,5 nanometri. Questo processo non richiede solo un'enorme infrastruttura laser e un sistema di raffreddamento, ma deve anche essere eseguita in un ambiente a vuoto per evitare che la luce EUV venga assorbita dall'aria. Inoltre, gli specchi avanzati negli strumenti EUV possono riflettere solo parte della luce EUV, quindi sono necessari laser più potenti per aumentare la capacità di produzione.
Home ha osservato che la tecnologia "Large Aperture Thulium Laser" (BAT) guidata da LLNL è progettata per risolvere i problemi di cui sopra. A differenza dei laser di anidride carbonica con una lunghezza d'onda di circa 10 micron, il laser BAT opera a una lunghezza d'onda di 2 micron, che può teoricamente migliorare l'efficienza di conversione del plasma alla luce EUV quando le goccioline di stagno interagiscono con i laser. Inoltre, il sistema di pipistrello utilizza una tecnologia a stato solido pompata di diodi, che ha una maggiore efficienza elettrica complessiva e una migliore capacità di gestione termica rispetto ai laser di biossido di carbonio a gas.
Inizialmente, il team di ricerca LLNL ha pianificato di combinare questo laser BAT a tasso compatto e ad alta ripetizione con il sistema di sorgente di luce EUV per testare il suo effetto di interazione con goccioline di stagno a una lunghezza d'onda di 2 micron. "Negli ultimi cinque anni, abbiamo completato simulazioni teoriche al plasma e esperimenti di prova di concetto per gettare le basi per questo progetto. Il nostro lavoro ha già avuto un impatto importante nel campo della litografia EUV e ora siamo entusiasti del Prossimi passi ", ha dichiarato Brendan Reagan, fisico laser a LLNL.
Tuttavia, l'applicazione della tecnologia BAT nella produzione di semiconduttori richiede ancora di superare la sfida della trasformazione delle infrastrutture principali. Gli attuali sistemi EUV hanno impiegato decenni per maturare, quindi l'applicazione effettiva della tecnologia BAT potrebbe richiedere molto tempo.
Secondo la società di analisti del settore Techinsights, entro il 2030, il consumo di energia annuale degli impianti di produzione di semiconduttori raggiungerà 54, 000 gigawatt (GW), che è più del consumo energetico annuale di Singapore o della Grecia. Se la prossima generazione di tecnologia di litografia EUV di apertura ultraumerica (Hyper-Na) entra nel mercato, il problema del consumo di energia può essere ulteriormente esacerbato. Pertanto, la domanda del settore per la tecnologia della macchina EUV più efficiente ed efficiente dal punto di vista energetico continuerà a crescere e la tecnologia laser Bat di LLNL offre senza dubbio nuove possibilità per questo obiettivo.
