美国新型BAT激光器问世：EUV光刻能源效率翻倍提升！

美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）近日公布了其研发的“大孔径铥（BAT）激光器”，该设备旨在推动极紫外（EUV）光刻技术的进一步演进。

据称，此激光器的效率可达到当前ASML EUV光刻机中使用的二氧化碳激光器的十倍，并可能在未来数年内取代光刻系统内的CO2激光器。

多年来，劳伦斯利弗莫尔国家实验室在激光、光学与等离子体物理等领域的前沿研究成果，对半导体行业在高端微处理器制造的基础科学起到了重要作用。

这些计算机芯片是现代人工智能、高性能超级计算机和智能手机迅速发展的基础。

当前，劳伦斯利弗莫尔国家实验室的最新计划旨在评估BAT激光器技术，预计其能将EUV光源的效率提升近十倍，与业界现有的CO2激光器相较。

这一突破可能为下一代“beyond EUV”光刻系统铺设道路，使芯片生产更为快速且耗能更低。

然而，要在半导体生产中引入BAT技术，必然需要重大的基础设施调整，因此需要多长时间才能获得实际成果尚不明确。必须注意的是，当前的EUV系统经过了数十年的开发方才达到商业化成功。

目前，低数值孔径（Low NA）和高数值孔径（High NA）EUV光刻系统面临的问题之一是极高的能耗：这些系统的功耗分别为1170千瓦和1400千瓦。

EUV光刻设备需要大量功率运行，因其利用高能激光脉冲蒸发微小锡滴（在500,000摄氏度）以生成13.5nm的EUV光，这需要高功率激光器及高效冷却系统，导致能量消耗极大。

具体来说，ASML的EUV光刻机的光源由两个部分组成：第一部分是通快集团提供的30KW二氧化碳激光器，称为“驱动激光器”，其主旨在于发射10600nm波长的强激光照射锡金属液滴，以产生13.5nm波长的EUV光。

△通快激光放大器的关键组件——高功率种子模块 (HPSM)。根据官网资料，该激光器涉及的部件高达457,329个，系统内的电缆长度达到7,322米，总重为17,090千克。

第二部分由Cymer负责，后者负责提供并精准控制锡金属液滴以50000滴每秒的速度从喷嘴喷出，并借助通快的激光器对每个液滴实施二次激光打击（即每秒所需激光脉冲高达十万次），以生成稳定的13.5nm波长的EUV光，再通过反射镜调整光的传播方向。

△ASML联手德国光学公司蔡司（Zeiss）生产反射镜，确保EUV光经过多次反射后能够准确投射到晶圆上。

由于EUV光波长极短，极易被空气吸收，因此EUV光源的操作环境必须保持真空。与此同时，EUV光无法被传统玻璃透镜折射，必须借助由硅和钼构成的特殊镀膜反射镜来引导光线流向，每次反射又会损失大约30%的能量。

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