美国研发新一代超高效BAT激光器：效率提升10倍，领先EUV光刻技术
揭秘超级激光：BAT技术领先，效率飙升十倍，引领下一代光刻革命
1月6日消息，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）正在研发一种效率比传统CO2 EUV激光器高出十倍的新激光器，这将为下一代EUV光刻技术的发展奠定基础。
据报道，LLNL正在开发一种拍瓦级铥激光器，采用了名为BAT（大孔径铥激光）的技术。与现有的工业标准二氧化碳激光器相比，这种铥激光器在EUV光源效率方面提高了大约10倍，未来有望取代后者。这一创新技术不仅展示了激光技术的巨大进步，而且预示着半导体制造领域将迎来新的变革。随着EUV光刻技术需求的不断增长，这种铥激光器的高效率将极大地提升生产能力和降低成本，从而推动整个行业的快速发展。
ps.Petawatt（PW）是一个极其庞大的功率单位，代表着10^15瓦特，通常用来衡量高能激光器的输出功率。
LLNL指出，这项突破或许能为下一代“超越EUV”的光刻系统开辟道路，进而制造出体积更小、性能更强、生产效率更高且能耗更低的芯片。
当前，EUV光刻系统的能耗问题一直备受关注。不论是低数值孔径（Low-NA）还是高数值孔径（High-NA）EUV光刻系统，其功耗都十分惊人，低数值孔径系统高达1,170千瓦，而高数值孔径系统更是达到1,400千瓦。这不仅对电力供应提出了极高的要求，也给芯片制造企业带来了沉重的运营成本压力。 从长远来看，降低EUV光刻系统的能耗是半导体行业亟需解决的问题之一。技术进步与创新将是关键，如何在提高生产效率的同时减少能源消耗，将是未来光刻技术发展的重要方向。
如此高的能耗主要源自EUV光刻系统的运行机制。该系统通过每秒钟数万次的高能激光脉冲蒸发微小的锡滴（温度高达500,000摄氏度），从而产生出波长为13.5纳米的等离子体光。这个过程不仅需要复杂的激光设备和冷却系统支持，还需要维持一个真空环境来避免EUV光被空气吸收，这无疑进一步加大了整体的能源消耗。 这种高度复杂的工艺技术无疑推动了半导体制造技术的发展，但同时也引发了对能源效率和可持续性的关注。在追求更先进的芯片制造技术的同时，也应考虑如何降低其对环境的影响，比如通过研发更高效的冷却技术和优化系统设计，减少不必要的能量损失，以实现技术创新与环境保护之间的平衡。
不仅如此，在EUV设备中，高级反射镜仅能反射部分极紫外光，因此需要增强激光器的输出功率来提升整体产能。
LLNL目前正在测试BAT（大孔径铥）这种新型激光器技术，采用掺铥氟化钇锂（Tm：YLF）作为激光增益介质，理论上可以高效地输出拍瓦级、超短激光脉冲，远远超过目前同类激光器的水平。
据LLNL称，与在约10微米波长下运行的CO2激光器不同，该系统在大约2微米的波长下工作。理论上，这在与锡液滴相互作用时，能够提升等离子体到EUV的转换效率。此外，与采用气体的CO2激光器相比，BAT系统使用的是二极管泵浦固态技术，能提供更佳的整体电能效率和热管理性能。
据我们了解，这些脉冲能量超过了目前所有已知波长接近2微米的激光系统所报告的最高脉冲能量的25倍以上，”LLNL物理学家Issa Tamer表示。
“在过去的五年里，我们进行了理论等离子体模拟和概念验证激光演示，为这一项目奠定了基础，”LLNL激光物理学家 Brendan Reagan 说。“我们的工作已经对EUV光刻领域产生了相当大的影响，所以现在我们很高兴能迈出下一步。”
不过，将BAT技术应用于半导体生产确实面临着重大的基础设施改造挑战，因此实现这一目标所需的时间尚不确定。当前的EUV（极紫外光刻）系统也是经过了几十年的研发才逐渐成熟。 这一过程不仅考验着技术本身的进步，还对企业的资金投入和技术积累提出了极高的要求。面对如此复杂的转型，企业必须做好长期规划，并持续进行大量投资以确保技术的稳定性和可靠性。此外，政府的支持和相关政策的配合也至关重要，这将大大加速技术转化的进程。未来的发展前景值得期待，但具体时间表仍需密切关注行业动态和科技进步的步伐。
行业分析公司TechInsights曾发出警告，预计至2030年，半导体晶圆厂每年消耗的电力将达到54,000吉瓦（GW），这一数字将超过新加坡或希腊的年用电量。
下一代超数值孔径（Hyper-NAEUV）光刻技术即将面市，预计其功耗会比现有技术更高。因此，我们有理由相信该行业会继续寻求更加节能的解决方案，以支持未来EUV光刻机的运行。而LLNL的BAT激光技术无疑为实现这一目标带来了新的希望。 随着半导体技术的不断进步，功耗问题已经成为制约其发展的关键因素之一。Hyper-NAEUV光刻技术虽然在提升制造精度方面具有巨大潜力，但其高能耗的问题不容忽视。这不仅增加了运营成本，也可能对环境造成更大的负担。因此，LLNL的BAT激光技术为解决这一难题提供了一种可能的路径。这种新技术有望在不牺牲性能的前提下，大幅降低光刻过程中的能源消耗，从而推动整个行业的可持续发展。