O Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) está desenvolvendo uma tecnologia de laser Petawatt baseada no túmulo que deve substituir os lasers de dióxido de carbono usados nas ferramentas atuais de litografia ultravioleta extrema (EUV) e aumentar a eficiência da fonte de luz em cerca de dez vezes. Esse avanço pode abrir caminho para uma nova geração de sistemas de litografia "além do EUV" para fabricar chips a uma velocidade mais rápida e com menor consumo de energia.
Atualmente, o consumo de energia dos sistemas de litografia EUV atraiu muita atenção. Tomando baixa abertura numérica (baixo-NA) e alto sistema de litografia de EUV numéricos (alto-NA) como exemplos, seu consumo de energia é tão alto quanto 1.170 quilowatts e 1.400 quilowatts, respectivamente. This high energy consumption is mainly due to the working principle of EUV systems: high-energy laser pulses evaporate tin droplets (500,000 degrees Celsius) at a frequency of tens of thousands per second to form plasma and emit light with um comprimento de onda de 13,5 nanômetros. Esse processo não apenas requer um enorme sistema de infraestrutura e refrigeração a laser, mas também precisa ser realizado em um ambiente de vácuo para evitar que a luz EUV seja absorvida pelo ar. Além disso, os espelhos avançados nas ferramentas EUV podem refletir apenas parte da luz EUV; portanto, são necessários lasers mais poderosos para aumentar a capacidade de produção.
Home observou que a "grande tecnologia de areia thulium laser" (BAT) liderada pelo LLNL foi projetada para resolver os problemas acima. Ao contrário dos lasers de dióxido de carbono com um comprimento de onda de cerca de 10 mícrons, o laser de morcego opera a um comprimento de onda de 2 mícrons, o que pode teoricamente melhorar a eficiência de conversão do plasma para a luz EUV quando as gotículas de estanho interagem com os lasers. Além disso, o sistema de morcegos utiliza tecnologia de estado sólido de diodo, que possui maior eficiência elétrica geral e melhores recursos de gerenciamento térmico do que os lasers de dióxido de carbono de gás.
Inicialmente, a equipe de pesquisa da LLNL planejava combinar esse laser de morcego compacto e de alta repetição com o sistema de fonte de luz EUV para testar seu efeito de interação com gotículas de estanho a um comprimento de onda de 2 microns. "Nos últimos cinco anos, concluímos simulações teóricas de plasma e experimentos de prova de conceito para estabelecer as bases para este projeto. Nosso trabalho já teve um impacto importante no campo da litografia de EUV, e agora estamos entusiasmados com o Próximos passos ", disse Brendan Reagan, físico a laser da LLNL.
No entanto, a aplicação da tecnologia de morcegos na produção de semicondutores ainda requer a superação do desafio da grande transformação da infraestrutura. Os sistemas EUV atuais levaram décadas para amadurecer, para que a aplicação real da tecnologia de morcegos possa levar muito tempo.
De acordo com a empresa de analistas do setor, TechInsights, até 2030, o consumo anual de energia de fábricas de semicondutores atingirá 54, 000 Gigawatts (GW), que é mais do que o consumo anual de energia de Cingapura ou Grécia. Se a próxima geração de tecnologia de litografia de EUV de abertura ultramérica (hiper-Na) entrar no mercado, o problema do consumo de energia poderá ser mais exacerbado. Portanto, a demanda do setor por tecnologia de máquina EUV mais eficiente e com eficiência energética continuará a crescer, e a tecnologia de laser de morcego da LLNL, sem dúvida, fornece novas possibilidades para esse objetivo.
