據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)正在研發(fā)一種基于銩元素的拍瓦(petawatt)級(jí)激光技術(shù)，該技術(shù)有望取代當(dāng)前極紫外光刻(EUV)工具中使用的二氧化碳激光器，并將光源效率提升約十倍。這一突破可能為新一代“超越 EUV”的光刻系統(tǒng)鋪平道路，從而以更快的速度和更低的能耗制造芯片。

當(dāng)前，EUV 光刻系統(tǒng)的能耗問(wèn)題備受關(guān)注。以低數(shù)值孔徑(Low-NA)和高數(shù)值孔徑(High-NA)EUV 光刻系統(tǒng)為例，其功耗分別高達(dá) 1,170 千瓦和 1,400 千瓦。這種高能耗主要源于 EUV 系統(tǒng)的工作原理：高能激光脈沖以每秒數(shù)萬(wàn)次的頻率蒸發(fā)錫滴(50 萬(wàn)攝氏度)，以形成等離子體并發(fā)射 13.5 納米波長(zhǎng)的光。這一過(guò)程不僅需要龐大的激光基礎(chǔ)設(shè)施和冷卻系統(tǒng)，還需要在真空環(huán)境中進(jìn)行以避免 EUV 光被空氣吸收。此外，EUV 工具中的先進(jìn)反射鏡只能反射部分 EUV 光，因此需要更強(qiáng)大的激光來(lái)提高產(chǎn)能。

LLNL 主導(dǎo)的“大口徑銩激光”(BAT)技術(shù)旨在解決上述問(wèn)題。與波長(zhǎng)約為 10 微米的二氧化碳激光器不同，BAT 激光器的工作波長(zhǎng)為 2 微米，理論上能夠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。此外，BAT 系統(tǒng)采用二極管泵浦固態(tài)技術(shù)，相較于氣體二氧化碳激光器，具有更高的整體電效率和更好的熱管理能力。

最初，LLNL 的研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將這種緊湊且高重復(fù)率的 BAT 激光器與 EUV 光源系統(tǒng)結(jié)合，測(cè)試其在 2 微米波長(zhǎng)下與錫滴的相互作用效果。LLNL 激光物理學(xué)家布倫丹 里根(Brendan Reagan)表示：“過(guò)去五年中，我們已經(jīng)完成了理論等離子體模擬和概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，為這一項(xiàng)目奠定了基礎(chǔ)。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)在我們對(duì)下一步的研究充滿期待。”

然而，將 BAT 技術(shù)應(yīng)用于半導(dǎo)體生產(chǎn)仍需克服重大基礎(chǔ)設(shè)施改造的挑戰(zhàn)。當(dāng)前的 EUV 系統(tǒng)經(jīng)過(guò)數(shù)十年才得以成熟，因此 BAT 技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用可能需要較長(zhǎng)時(shí)間。

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 54,000 吉瓦(GW)，超過(guò)新加坡或希臘的年用電量。如果下一代超數(shù)值孔徑(Hyper-NA)EUV 光刻技術(shù)投入市場(chǎng)，能耗問(wèn)題可能進(jìn)一步加劇。因此，行業(yè)對(duì)更高效、更節(jié)能的 EUV 機(jī)器技術(shù)的需求將持續(xù)增長(zhǎng)，而 LLNL 的 BAT 激光技術(shù)無(wú)疑為這一目標(biāo)提供了新的可能性。

隨著基于BAT技術(shù)的激光系統(tǒng)逐步成熟，行業(yè)大有可為。新型激光器不僅將改變芯片制造的能效比，還可能推動(dòng)整體半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的改革。在未來(lái)的半導(dǎo)體生產(chǎn)中，持續(xù)加強(qiáng)激光技術(shù)的研發(fā)和革新，對(duì)于行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展無(wú)疑具有重要意義。同時(shí)，此前的EUV技術(shù)也將伴隨BAT技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)兩者的相得益彰。可以預(yù)見(jiàn)，在不久的將來(lái)，半導(dǎo)體制造將會(huì)迎來(lái)一個(gè)技術(shù)重塑的窗口，其中激光技術(shù)的創(chuàng)新將繼續(xù)推進(jìn)智能制造的潮流，使行業(yè)朝著更高效、環(huán)保的目標(biāo)邁進(jìn)。總之，LLNL的BAT激光技術(shù)進(jìn)展標(biāo)志著芯片制造領(lǐng)域又一次技術(shù)革新的開(kāi)端。在這一進(jìn)程中，各大廠商需緊跟時(shí)代步伐，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的能耗挑戰(zhàn)，推動(dòng)芯片制造的綠色轉(zhuǎn)型。相信在不久的將來(lái)，更高級(jí)別的集成電路產(chǎn)品將能夠以更低的成本和能耗大規(guī)模生產(chǎn)，助力人工智能與數(shù)字經(jīng)濟(jì)的更加暢通發(fā)展。

審核編輯 黃宇