Прорыв в литографии: тулиевый лазер экономит гигаватты энергии

Ливерморская национальная лаборатория (LLNL) работает над созданием лазера класса петаватт на основе тулия , который может стать революционным шагом в литографических системах будущего. Новый лазер, известный как Big Aperture Thulium (BAT), обещает быть в 10 раз более эффективным, чем нынешние CO2-лазеры, применяемые в системах экстремальной ультрафиолетовой (EUV) литографии. Это может открыть путь к новым системам "за пределами EUV", способным производить микросхемы быстрее и с меньшими энергозатратами.

Современные системы EUV-производства потребляют колоссальное количество энергии. Например, инструменты Low-NA EUV и High-NA EUV используют до 1 400 киловатт на установку. Эти мощности необходимы для создания лазерных импульсов, испаряющих мельчайшие капли олова при температуре 500,000 °C для образования плазмы, излучающей свет длиной волны 13,5 нанометра. Вся инфраструктура — от охлаждения лазеров до создания вакуума — требует значительных энергозатрат. К тому же высокоотражающие зеркала EUV-систем возвращают лишь небольшую часть света, что вынуждает повышать мощность лазеров для увеличения производительности.

Команда LLNL исследует, сможет ли технология BAT повысить эффективность преобразования энергии лазеров в EUV излучение. В отличие от CO2-лазеров с длиной волны около 10 микрон, BAT использует длину волны около 2 микрон, что теоретически обеспечивает лучшую конверсию энергии при взаимодействии с оловянными каплями. Дополнительно технология твердотельных лазеров BAT, основанная на диодной накачке, имеет более высокую электрическую эффективность и управляемость теплом.

В рамках экспериментов на лазерном комплексе Titan в LLNL проводятся испытания коротко- и длинноимпульсных режимов BAT для исследования взаимодействия лазера с оловянными каплями. Это поможет определить, как лазер с импульсами уровня джоулей может повлиять на генерацию EUV излучения.

По словам физика LLNL Брендана Рейгана, теоретические модели и первые испытания за последние пять лет уже произвели заметное впечатление на EUV-сообщество. Следующий этап исследований может стать основой для будущих прорывов в технологии.

Энергопотребление современных EUV-систем уже вызывает опасения аналитиков. По данным TechInsights, к 2030 году глобальные фабрики по производству полупроводников могут потреблять до 54 000 гигаватт энергии в год, что превышает годовое потребление таких стран, как Сингапур или Греция. Если системы Hyper-NA EUV будут запущены в массовое производство, эта цифра может стать ещё выше. В связи с этим поиск энергоэффективных решений, таких как BAT, становится стратегическим приоритетом.