美国研发下一代BAT激光器：效率提升十倍，超越当前EUV光刻技术！

新标360快讯1月6日报道，位于美国的劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）正在研发一种新型激光器，其效率有望比传统的CO2 EUV激光器提高十倍，这将为未来的EUV光刻技术的发展提供支持。

该实验室正在开发的激光器是一种拍瓦级（petawatt-class）铥激光器（thulium laser），采用先进的大孔径铥激光技术（Big Aperture Thulium），预期能将EUV光源的效率提高约10倍，有望替代目前的二氧化碳激光器。

补充信息：Petawatt（PW）是表示10^15瓦特的巨大功率单位，通常用于描述高能激光器的输出。

LLNL认为，这一技术进展能够为下一代“超越EUV”的光刻系统铺平道路，使芯片的生产更加微型化、强大、快速，同时降低能耗。

目前，EUV光刻系统的能耗高企是重大问题。无论在低数值孔径（Low-NA）还是高数值孔径（High-NA）的EUV光刻系统中，功耗分别达到1170千瓦和1400千瓦，极为突出。

高能耗主要源于EUV光刻系统的工作原理，其中高能激光脉冲通过每秒数万次的频率蒸发微小的锡液滴，这一过程的温度高达500,000摄氏度，从而形成发出13.5纳米波长的光。这一复杂过程需要庞大的激光设施和冷却系统，并要求保持真空环境，以防止EUV光被空气吸收，从而进一步提升能耗。

此外，EUV工具中的高端反射镜只能反射部分EUV光，因此必须增加激光器的功率来提高生产效率。

LLNL目前正在对BAT（大孔径铥激光器）进行测试，这种新型激光技术使用掺铥氟化钇锂（Tm:YLF）作为增益介质，理论上能高效地产生拍瓦级、超短的激光脉冲，性能远超现有同类设备。

据LLNL介绍，这一系统的工作波长约为2微米，与传统10微米波长的CO2激光器相比，理论上能有效提高与锡液滴相互作用时的等离子体到EUV的转换效率。此外，BAT系统采用的二极管泵浦固态技术相比气体CO2激光器在电气效率和热管理方面表现更佳。

LLNL物理学家Issa Tamer表示：“根据我们所知，这些脉冲能量是世界上任何波长靠近2微米的激光架构所报告脉冲能量的25倍以上。”

LLNL激光物理学家Brendan Reagan提到：“在过去五年中，我们进行了一系列理论等离子体模拟和概念验证激光展示，为该项目的发展奠定了基础。我们的研究在EUV光刻领域取得了显著成效，因此现在我们期待迈出下一个重要步伐。”

但是，要将BAT技术应用于半导体制造业还需克服基础设施的重大变革带来的挑战，因此成果的时间表尚不确定。目前的EUV极紫外光刻系统的成熟过程也经历了几十年的研发。

行业分析机构TechInsights曾发出警告，到2030年，半导体晶圆厂每年的电力需求可能达到54,000千瓦（GW），超过新加坡或希腊的年用电量。