Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) està desenvolupant una tecnologia làser Petawatt basada en Thulium que s’espera que substitueixi els làsers de diòxid de carboni utilitzats en les eines de litografia ultraviolada extrema (EUV) actuals i augmenten l’eficiència de la font de llum aproximadament deu vegades. Aquest avenç pot obrir el camí cap a una nova generació de sistemes de litografia "més enllà de la UEV" per fabricar xips a una velocitat més ràpida i amb un menor consum d'energia.
Actualment, el consum d’energia dels sistemes de litografia de la UEV ha cridat molta atenció. Prenent sistemes de litografia EUV de baixa obertura numèrica (baixa) i alta obertura numèrica (alta Na) EUV com a exemples, el seu consum d'energia és fins a 1.170 quilowatts i 1.400 quilowatts respectivament. Aquest consum energètic elevat es deu principalment al principi de treball dels sistemes EUV: els polsos làser d’alta energia evaporen les gotetes d’estany (500, 000 graus centígrads) a una freqüència de desenes de milers per segon per formar plasma i emetre llum amb llum una longitud d’ona de 13,5 nanòmetres. Aquest procés no només requereix una enorme infraestructura làser i un sistema de refrigeració, sinó que també s’ha de dur a terme en un entorn de buit per evitar que l’aire s’absorbeixi la llum de la UEV. A més, els miralls avançats de les eines de la UEV només poden reflectir part de la llum de la UEV, de manera que es necessiten làsers més potents per augmentar la capacitat de producció.
La casa va assenyalar que la tecnologia "gran làser Thulium Thulium" (BAT) dirigida per LLNL està dissenyada per resoldre els problemes anteriors. A diferència dels làsers de diòxid de carboni amb una longitud d’ona d’uns 10 micres, el làser de ratpenat funciona a una longitud d’ona de 2 micres, cosa que pot millorar teòricament l’eficiència de conversió del plasma a la llum EUV quan les gotetes d’estany interaccionen amb làsers. A més, el sistema BAT utilitza tecnologia d’estat sòlid bombat amb díodes, que té una eficiència elèctrica global més elevada i millors capacitats de gestió tèrmica que els làsers de diòxid de carboni de gas.
Inicialment, l’equip de recerca LLNL va planejar combinar aquest làser de ratpenats compactes i d’alta repetició amb el sistema de font de llum EUV per provar el seu efecte d’interacció amb gotetes d’estany a una longitud d’ona de 2 micres. "Durant els últims cinc anys, hem completat les simulacions teòriques de plasma i experiments de prova de concepte per establir les bases d'aquest projecte. El nostre treball ja ha tingut un impacte important en el camp de la litografia de la UEV, i ara estem entusiasmats amb el Els següents passos ", va dir Brendan Reagan, físic làser a LLNL.
No obstant això, l'aplicació de la tecnologia BAT en la producció de semiconductors requereix encara superar el repte de la transformació important de la infraestructura. Els sistemes actuals de la UEV han trigat dècades a madurar, de manera que l’aplicació real de la tecnologia BAT pot trigar molt.
Segons la firma d’analistes de la indústria TechInsights, el 2030, el consum anual d’energia de les plantes de fabricació de semiconductors arribarà a 54, 000 gigawatts (GW), que és més que el consum d’energia anual de Singapur o Grècia. Si la propera generació d’obertura ultra-numèrica (Hyper-Na) tecnologia de litografia EUV entra al mercat, el problema del consum d’energia pot ser agreujat encara més. Per tant, la demanda de la indústria de la tecnologia EUV més eficient i eficient energètica continuarà creixent i la tecnologia làser de Bat de LLNL proporciona sens dubte noves possibilitats per a aquest objectiu.
