Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) đang phát triển một công nghệ laser Petawatt dựa trên thulium dự kiến sẽ thay thế các laser carbon dioxide được sử dụng trong các công cụ in thạch bản cực tím (EUV) hiện tại và tăng hiệu quả của nguồn sáng lên khoảng mười lần. Đột phá này có thể mở đường cho một thế hệ mới của các hệ thống in thạch bản "ngoài EUV" để sản xuất chip với tốc độ nhanh hơn và với mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn.
Hiện tại, mức tiêu thụ năng lượng của các hệ thống in thạch bản EUV đã thu hút nhiều sự chú ý. Lấy khẩu độ số thấp (thấp-NA) và các hệ thống in thạch bản EUV ATHER (cao) cao làm ví dụ, mức tiêu thụ năng lượng của chúng cao tới 1.170 kilowatt và 1.400 kilowatt tương ứng. Tiêu thụ năng lượng cao này chủ yếu là do nguyên tắc làm việc của các hệ thống EUV: xung laser năng lượng cao làm bay hơi các giọt thiếc (500, 000 độ Một bước sóng 13,5 nanomet. Quá trình này không chỉ đòi hỏi một cơ sở hạ tầng và hệ thống làm mát khổng lồ, mà còn cần phải được thực hiện trong môi trường chân không để tránh ánh sáng EUV bị không khí hấp thụ. Ngoài ra, các gương nâng cao trong các công cụ EUV chỉ có thể phản ánh một phần của ánh sáng EUV, vì vậy cần có các laser mạnh hơn để tăng công suất sản xuất.
Nó lưu ý rằng công nghệ "Công nghệ Laser Thulium Aperture lớn" (BAT) do LLNL dẫn đầu được thiết kế để giải quyết các vấn đề trên. Không giống như laser carbon dioxide với bước sóng khoảng 10 micron, laser dơi hoạt động ở bước sóng 2 micron, về mặt lý thuyết có thể cải thiện hiệu quả chuyển đổi của ánh sáng plasma thành EUV khi các giọt thiếc tương tác với laser. Ngoài ra, hệ thống BAT sử dụng công nghệ trạng thái rắn được bơm diode, có hiệu suất điện tổng thể cao hơn và khả năng quản lý nhiệt tốt hơn so với laser khí carbon dioxide.
Ban đầu, nhóm nghiên cứu LLNL đã lên kế hoạch kết hợp laser BAT tốc độ thu nhỏ và tốc độ cao này với hệ thống nguồn ánh sáng EUV để kiểm tra hiệu ứng tương tác của nó với các giọt thiếc ở bước sóng 2 micron. "Trong năm năm qua, chúng tôi đã hoàn thành các mô phỏng plasma lý thuyết và các thí nghiệm bằng chứng để đặt nền tảng cho dự án này. Công việc của chúng tôi đã có tác động quan trọng trong lĩnh vực in thạch bản EUV, và chúng tôi hiện đang hào hứng với Các bước tiếp theo, "Brendan Reagan, một nhà vật lý laser tại LLNL nói.
Tuy nhiên, việc áp dụng công nghệ BAT trong sản xuất chất bán dẫn vẫn đòi hỏi phải vượt qua thách thức chuyển đổi cơ sở hạ tầng lớn. Các hệ thống EUV hiện tại đã mất nhiều thập kỷ để trưởng thành, vì vậy việc áp dụng công nghệ BAT thực tế có thể mất nhiều thời gian.
Theo công ty phân tích công nghiệp TechInsights, đến năm 2030, mức tiêu thụ năng lượng hàng năm của các nhà máy sản xuất chất bán dẫn sẽ đạt 54, 000 Gigawatt (GW), nhiều hơn mức tiêu thụ năng lượng hàng năm của Singapore hoặc Hy Lạp. Nếu thế hệ tiếp theo của công nghệ in thạch bản EUV (Hyper-NA) tiếp theo vào thị trường, thì vấn đề tiêu thụ năng lượng có thể bị làm trầm trọng thêm. Do đó, nhu cầu của ngành công nghiệp về công nghệ EUV hiệu quả và tiết kiệm năng lượng hơn sẽ tiếp tục phát triển và công nghệ laser BAT của LLNL chắc chắn cung cấp các khả năng mới cho mục tiêu này.
