5. januar 2025 utvikler Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) en thuliumbasert laserteknologi i Petawatt-klasse som forventes å erstatte karbondioksid-lasere som brukes i gjeldende ekstrem ultrafiolett litografi (EUV) -verktøy og øke kildeeffektiviteten med en faktor av omtrent ti. Dette gjennombruddet kan bane vei for en ny generasjon "Beyond EUV" litografisystemer som kan fremstille chips raskere og med mindre energi.
Foreløpig er energiforbruket til EUV -litografisystemer en stor bekymring. Lav-NA og høy-NA EUV-litografisystemer bruker for eksempel så mye som henholdsvis 1.170 kW og 1400 kW. Dette høye energiforbruket stammer fra prinsippet om EUV-systemet: laserpulser med høy energi fordamper en tinndråpe (500, 000 grader celsius) titusenvis av ganger per sekund for å danne et plasma og nedstreke lys i en bølgelengde på 13,5 nanometre. Ikke bare krever denne prosessen en omfattende laserinfrastruktur og kjølesystem, den må også utføres i et vakuummiljø for å forhindre at EUV -lys blir absorbert av luften. I tillegg gjenspeiler de avanserte speilene i EUV -verktøy bare en del av EUV -lyset, så kraftigere lasere er nødvendig for å øke gjennomstrømningen.
LLNLs ledende "Large Aperture Thulium Laser" (BAT) -teknologi er designet for å løse disse problemene. I motsetning til karbondioksidlasere, som har en bølgelengde på omtrent 10 mikron, opererer BAT-laseren med en bølgelengde på 2 mikron, som teoretisk forbedrer plasma-til-EUV-konverteringseffektiviteten til tinndråpene når de samhandler med laseren. I tillegg bruker BAT-systemet diode-pumped solid-state-teknologi, som gir høyere generell elektrisk effektivitet og bedre termisk styring enn gass CO2-lasere.
Opprinnelig planla LLNL-forskerteamet å kombinere den kompakte flaggermuslaseren med høy repetisjonsrate med et EUV-lyskildesystem for å teste interaksjonen med tinndråper i en bølgelengde på 2 mikron, "sa LLNL Laser Physicist the Groundwood Reagan." prosjekt. Arbeidet vårt har allerede hatt en betydelig innvirkning innen EUV -litografi, og vi ser nå frem til neste trinn i vår forskning. "
Imidlertid krever bruk av BAT -teknologi på halvlederproduksjon fortsatt å overvinne utfordringene med store infrastrukturendringer. Nåværende EUV -systemer har tatt flere tiår å modnes, så praktisk anvendelse av BAT -teknologi kan ta lengre tid.
Bransjeanalytikerfirmaet TechInsights spår at innen 2030 vil halvlederproduksjonsanlegg konsumere 54, 000 gigawatts (GW) av elektrisitet årlig, mer enn den årlige strømbruken til Singapore eller Hellas. Energiforbruksproblemet kan forverres ytterligere hvis den neste generasjonen av hyper-numerisk blenderåpning (Hyper-NA) EUV-litografiteknologi kommer til markedet. Som et resultat vil bransjens behov for mer effektiv, energisparende EUV-maskinteknologi fortsette å vokse, og LLNLs BAT-laserteknologi åpner absolutt nye muligheter for dette målet.
