Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) kehittää PETAWATT -laser -tekniikkaa, joka perustuu Thuliumiin, jonka odotetaan korvaavan hiilidioksidilaserit, joita käytetään nykyisissä äärimmäisissä ultraviolettilitografiatyökaluissa (EUV) ja lisäävät valonlähteen tehokkuutta kymmenellä kertaa. Tämä läpimurto voi tasoittaa tietä uuden sukupolven "Beyond EUV" -litografiajärjestelmiin sirujen valmistamiseksi nopeammin ja pienemmällä energiankulutuksella.
Tällä hetkellä EUV -litografiajärjestelmien energiankulutus on herättänyt paljon huomiota. Esimerkkejä ottaen matalan numeerisen aukon (matala-na) ja korkean numeerisen aukon (High-NA) EUV-litografiajärjestelmät, niiden virrankulutus on jopa 1 170 kilowattia ja 1 400 kilowattia. Tämä korkea energiankulutus johtuu pääasiassa EUV-järjestelmien työperiaatteesta: korkeaenergialaserpulssit haihtuvat tinapisarat (500, 000 astetta) kymmenien tuhansien sekunnin taajuudella plasman muodostamiseksi ja valon kanssa. Aallonpituus 13,5 nanometriä. Tämä prosessi ei vain edellytä valtavaa laserinfrastruktuuria ja jäähdytysjärjestelmää, vaan se on myös suoritettava tyhjiöympäristössä, jotta ilma on absorboinut EUV -valoa. Lisäksi EUV -työkalujen edistyneet peilit voivat heijastaa vain osaa EUV -valosta, joten tuotantokapasiteetin lisäämiseksi tarvitaan tehokkaampia lasereita.
Se kotona huomautti, että LLNL: n johtama "suuren aukon Thulium laser" (BAT) -tekniikka on suunniteltu ratkaisemaan yllä olevat ongelmat. Toisin kuin hiilidioksidilaserit, joiden aallonpituus on noin 10 mikronia, lepakkolaser toimii 2 mikronin aallonpituudella, mikä voi teoreettisesti parantaa plasman muuntamistehokkuutta EUV -valoon, kun tinapisarat ovat vuorovaikutuksessa laserien kanssa. Lisäksi BAT-järjestelmä käyttää diodipumppia solid-state-tekniikkaa, jolla on korkeampi sähkötehokkuus ja parempia lämmönhallintaominaisuuksia kuin kaasuhiilidioksidilaserit.
Aluksi LLNL-tutkimusryhmä suunnitteli yhdistävän tämän kompakti- ja korkean toistumisenopeuden lepakkolaserin EUV-valonlähdejärjestelmän kanssa sen vuorovaikutusvaikutuksen testaamiseksi tinapisaroiden kanssa 2 mikronin aallonpituudella. "Viimeisen viiden vuoden aikana olemme suorittaneet teoreettiset plasmasimulaatiot ja konseptikokeet tämän hankkeen perustan luomiseksi. Työllämme on jo ollut tärkeä vaikutus EUV-litografian alalla, ja olemme nyt innostuneita siitä Seuraavat vaiheet ", sanoi LLNL: n laserfyysikko Brendan Reagan.
BAT -tekniikan soveltaminen puolijohteiden tuotannossa vaatii kuitenkin edelleen suuren infrastruktuurin muutoksen haasteen. Nykyisten EUV -järjestelmien kypsyminen on kulunut vuosikymmenien ajan, joten BAT -tekniikan todellinen soveltaminen voi viedä kauan.
Teollisuusanalyytikkoyrityksen TechInsightsin mukaan vuoteen 2030 mennessä puolijohteiden valmistuslaitosten vuotuinen voimankulutus saavuttaa 54, 000 gigawatts (GW), mikä on enemmän kuin Singaporen tai Kreikan vuotuinen voimankulutus. Jos seuraavan sukupolven ultra-numeerinen aukko (Hyper-NA) EUV-litografiatekniikka tulee markkinoille, energiankulutusongelma voidaan pahentaa edelleen. Siksi teollisuuden kysyntä tehokkaammalle ja energiatehokkaammalle EUV-konekaniikasta kasvaa edelleen, ja LLNL: n BAT-lasertekniikka tarjoaa epäilemättä uusia mahdollisuuksia tähän tavoitteeseen.
