Пробив в литографията: тулиевият лазер спестява гигавати енергия

Лабораторията Ливърмор тества технологии на бъдещето.

Националната лаборатория Ливърмор (LLNL) работи върху петаваттов лазер на основата на тулий, който може да се превърне в революционна стъпка в литографските системи на бъдещето. Новият лазер, известен като Big Aperture Thulium (BAT), предлага 10 пъти по-висока ефективност от сегашните CO2 лазери, използвани в системите за екстремна ултравиолетова (EUV) литография. Това би могло да проправи пътя за нови системи „отвъд EUV“, способни много по-бързо и с по-малко енергия да произвеждат най-авангардните чипове.

Настоящите системи за производство на EUV консумират огромни количества енергия. Така например инструментите Low-NA EUV и High-NA EUV използват до 1400 киловата на всяка машина. Тази мощност е необходима за създаване на лазерни импулси, които изпаряват малките калаени капчици при 500 000 °C, за да образуват плазма, която излъчва светлина с дължина на вълната 13,5 нанометра. Цялата инфраструктура – от охлаждането на лазерите до създаването на вакуум – изисква значително количество енергия. Освен това силно отразяващите огледала на EUV системите връщат само малка част от светлината, което налага увеличаване на мощността на лазерите, за да се постигне максимална производителност.

Екипът на LLNL изследва дали технологията BAT може да подобри ефективността на преобразуване на лазерната енергия в EUV излъчване. За разлика от CO2 лазерите с дължина на вълната около 10 микрона, BAT използва дължина на вълната около 2 микрона, което теоретично осигурява по-добро преобразуване на енергията при взаимодействието с калаените капчици. Освен това технологията на твърдотелните лазери с диодно напомпване BAT има по-висока електрическа ефективност и възможност за контрол на топлината.

Като част от експериментите в лазерното съоръжение Titan в LLNL се тестват къси и дълги импулсни режими на BAT, за да се изследва взаимодействието на лазера с калаените капчици. Това ще помогне да се определи как лазер с импулси на ниво джаул може да повлияе на генерирането на EUV лъчение.

Според физика от LLNL Брендън Рейгън теоретичните модели и първоначалните тестове през последните пет години вече са направили значително впечатление на EUV общността. Следващият етап от изследванията може да послужи за основа на бъдещи пробиви в технологията.

Консумацията на енергия от настоящите EUV системи вече предизвиква загриженост сред анализаторите. Според TechInsights до 2030 г. световните фабрики за полупроводници могат да консумират до 54 000 гигавата енергия годишно, което е повече от годишното потребление на държави като Сингапур или Гърция. Ако системите Hyper-NA EUV влязат в масово производство, тази цифра може да стане още по-висока. Това прави търсенето на енергийно ефективни решения като BAT стратегически приоритет.