آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور (LLNL) در حال توسعه یک فناوری لیزر Petawatt بر اساس Thulium است که انتظار می رود لیزرهای دی اکسید کربن مورد استفاده در لیتوگرافی ماوراء بنفش فوق العاده (EUV) فعلی را جایگزین کند و حدود ده بار کارآیی منبع نور را افزایش دهد. این موفقیت ممکن است راه را برای نسل جدیدی از سیستم های لیتوگرافی "Beyond EUV" برای تولید تراشه ها با سرعت سریعتر و با مصرف انرژی کم هموار کند.
در حال حاضر ، مصرف انرژی سیستم های لیتوگرافی EUV توجه زیادی را به خود جلب کرده است. با استفاده از دیافراگم عددی کم (NA) و دیافراگم عددی بالا (NA بالا) EUV سیستم های لیتوگرافی EUV به عنوان نمونه ، مصرف انرژی آنها به ترتیب 1،170 کیلووات و 1400 کیلووات است. این مصرف انرژی بالا عمدتاً به دلیل اصل کار سیستم های EUV است: پالس های لیزر با انرژی بالا ، قطرات قلع (500 ، {8} درجه سانتیگراد) را با فرکانس ده ها هزار در ثانیه تبخیر می کنند تا پلاسما را تشکیل دهند و نور را منتشر کنند طول موج 13.5 نانومتر. این فرآیند نه تنها به یک زیرساخت و سیستم خنک کننده لیزر عظیم نیاز دارد ، بلکه برای جلوگیری از جذب نور EUV توسط هوا نیز باید در یک محیط خلاء انجام شود. علاوه بر این ، آینه های پیشرفته در ابزارهای EUV فقط می توانند بخشی از نور EUV را منعکس کنند ، بنابراین لیزرهای قدرتمندتر برای افزایش ظرفیت تولید مورد نیاز هستند.
این خانه خاطرنشان کرد: "لیزر بزرگ دیافراگم Thulium" (BAT) به رهبری LLNL برای حل مشکلات فوق طراحی شده است. بر خلاف لیزرهای دی اکسید کربن با طول موج در حدود 10 میکرون ، لیزر خفاش در طول موج 2 میکرون کار می کند ، که از لحاظ تئوریکی می تواند در هنگام تعامل قطرات قلع با لیزرها ، راندمان تبدیل پلاسما به EUV را بهبود بخشد. علاوه بر این ، سیستم BAT از فناوری حالت جامد دیود پمپ استفاده می کند ، که دارای راندمان الکتریکی کلی بالاتر و قابلیت مدیریت حرارتی بهتر از لیزرهای دی اکسید کربن گاز است.
در ابتدا ، تیم تحقیقاتی LLNL قصد داشت این لیزر BAT با سرعت فشرده و پر فشار را با سیستم منبع نور EUV ترکیب کند تا اثر تعامل آن با قطرات قلع را در طول موج 2 میکرون آزمایش کند. "در طول پنج سال گذشته ، ما شبیه سازی های نظری پلاسما و آزمایش های اثبات مفهوم را برای پایه گذاری این پروژه به پایان رسانده ایم. کار ما قبلاً تأثیر مهمی در زمینه لیتوگرافی EUV داشته است ، و ما اکنون از این موضوع هیجان زده هستیم مراحل بعدی ، "گفت: Brendan Reagan ، فیزیکدان لیزری در LLNL.
با این حال ، استفاده از فناوری BAT در تولید نیمه هادی هنوز هم نیاز به غلبه بر چالش تحول اساسی در زیرساخت دارد. سیستم های EUV فعلی ده ها سال به بلوغ رسیده اند ، بنابراین کاربرد واقعی فناوری BAT ممکن است مدت زمان زیادی طول بکشد.
به گفته شرکت تحلیلگر صنعت TechInsights ، تا سال 2030 ، مصرف سالانه نیروگاه های تولید نیمه هادی به 54 ، {2}} gigawatts (GW) می رسد ، که بیشتر از مصرف سالانه انرژی سنگاپور یا یونان است. اگر نسل بعدی فناوری لیتوگرافی EUV (Hyper-NA) EUV وارد بازار شود ، ممکن است مشکل مصرف انرژی بیشتر شود. بنابراین ، تقاضای صنعت برای فناوری EUV کارآمدتر و کارآمدتر با انرژی همچنان به رشد خود ادامه خواهد داد و بدون شک فناوری لیزر BAT LLNL امکانات جدیدی را برای این هدف فراهم می کند.
