在美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL），一項(xiàng)革命性的激光技術(shù)正在悄然醞釀，這項(xiàng)技術(shù)有望重塑半導(dǎo)體制造業(yè)的未來。研究人員正致力于開發(fā)一種基于銩元素的拍瓦級(jí)激光技術(shù)，其目標(biāo)直指當(dāng)前極紫外光刻（EUV）工藝中的核心——二氧化碳激光器。據(jù)稱，這項(xiàng)新技術(shù)不僅能大幅提升光源效率，還可能引領(lǐng)一場(chǎng)“超越EUV”的光刻技術(shù)革命，實(shí)現(xiàn)芯片生產(chǎn)的高速化與低能耗化。
EUV光刻技術(shù)，作為現(xiàn)代半導(dǎo)體制造的關(guān)鍵一環(huán)，其高能耗問題一直備受矚目。尤其是低數(shù)值孔徑（Low-NA）與高數(shù)值孔徑（High-NA）EUV系統(tǒng)，功耗分別高達(dá)1170千瓦與1400千瓦。這一高昂的能耗源于EUV系統(tǒng)復(fù)雜的工作原理：通過高能激光脈沖以極高頻率蒸發(fā)錫滴，形成等離子體并釋放出13.5納米波長(zhǎng)的光。這一過程不僅需要龐大的激光基礎(chǔ)設(shè)施與精密的冷卻系統(tǒng)，還需在真空環(huán)境中進(jìn)行，以避免EUV光被空氣吸收。同時(shí)，EUV工具中的反射鏡效率有限，進(jìn)一步加劇了能耗問題。
針對(duì)上述問題，LLNL的“大口徑銩激光”（BAT）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。與傳統(tǒng)的二氧化碳激光器相比，BAT激光器的工作波長(zhǎng)更短，僅為2微米，這有望顯著提高錫滴與激光相互作用時(shí)的等離子體到EUV光的轉(zhuǎn)換效率。BAT系統(tǒng)采用的二極管泵浦固態(tài)技術(shù)，不僅整體電效率更高，熱管理能力也更勝一籌。
LLNL的研究團(tuán)隊(duì)已為此付出了五年的努力，完成了理論等離子體模擬與概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，為BAT技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。LLNL激光物理學(xué)家布倫丹?里根對(duì)此充滿信心：“我們的工作已經(jīng)在EUV光刻領(lǐng)域產(chǎn)生了重要影響，現(xiàn)在，我們正滿懷期待地邁向下一步。”
然而，將BAT技術(shù)應(yīng)用于半導(dǎo)體生產(chǎn)并非易事。現(xiàn)有的EUV系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展才趨于成熟，因此BAT技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用還需克服諸多挑戰(zhàn)，包括基礎(chǔ)設(shè)施的改造與升級(jí)等。盡管如此，業(yè)界對(duì)更高效、更節(jié)能的EUV技術(shù)的需求卻日益迫切。
據(jù)行業(yè)分析公司TechInsights預(yù)測(cè)，到2030年，半導(dǎo)體制造廠的年耗電量將達(dá)到驚人的54000吉瓦（GW），這一數(shù)字甚至超過了新加坡或希臘的年用電量。隨著下一代超數(shù)值孔徑（Hyper-NA）EUV光刻技術(shù)的問世，能耗問題或?qū)⑦M(jìn)一步加劇。因此，LLNL的BAT激光技術(shù)無疑為行業(yè)提供了一個(gè)全新的解決方案，為半導(dǎo)體制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展注入了新的活力。
盡管BAT技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用還需時(shí)日，但LLNL的研究成果已經(jīng)為半導(dǎo)體制造業(yè)的未來描繪了一幅充滿希望的藍(lán)圖。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步與突破，我們有理由相信，更高效、更節(jié)能的芯片生產(chǎn)技術(shù)將不斷涌現(xiàn)，為人類的科技進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)新的力量。
