美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)正致力于研发一种革命性的激光器拍瓦级(petawatt-class)铥激光器(thulium laser)，其效率远超传统的CO2 EU激光器，高达10倍之多，为下一代EU光刻技术的突破奠定了坚实基础。
据相关报道，LLNL研发的这款激光器采用了大孔径铥(BAT：Big Aperture Thulium)激光技术。与当前行业标准的二氧化碳(CO2)激光器相比，这一技术有望将EU光源的效率提升约10倍，未来极有可能成为EU激光器的新标杆。
值得一提的是，拍瓦(PW)是一个极其庞大的功率单位，相当于10^15瓦特，通常用于描述高能激光器的惊人输出功率。
LLNL认为，这一技术突破将为新一代“超越EU”的光刻系统开辟道路，助力生产出更小、性能更强、制造速度更快且耗电量更少的芯片。
当前，EU光刻系统的高能耗问题备受关注。无论是低数值孔径(Low-NA)还是高数值孔径(High-NA)EU光刻系统，其功耗都分别高达1,170千瓦和1,400千瓦。
这一高昂能耗主要源于EU光刻系统的工作原理：高能激光脉冲以每秒数万次的频率蒸发微小的锡液滴(温度高达500,000C)，从而形成发出13.5纳米波长光的等离子体。这一过程需要庞大的激光基础设施和冷却系统支持，同时还得确保真空环境以防止EU光被空气吸收，这无疑进一步增加了整体能耗。
此外，EU工具中的先进反射镜只能反射部分EU光，因此必须提高激光器的功率以提高生产效率。
为了解决这一问题，LLNL正在测试新型BAT(大孔径铥)激光器技术。该技术采用掺铥氟化钇锂(Tm：YLF)作为激光增益介质，理论上能够高效地输出拍瓦级、超短激光脉冲，远超现有同类激光器的性能。
据LLNL介绍，与在约10微米波长下工作的CO2激光器不同，BAT系统在大约2微米的波长下运行。理论上，当与锡液滴相互作用时，这一波长可以提高等离子体到EU的转换效率。同时，与基于气体的CO2激光器相比，BAT系统中使用的二极管泵浦固态技术具有更好的整体电气效率和热管理能力。
LLNL物理学家Issa Tamer表示：“据我们所知，这些脉冲能量是世界上任何波长接近2微米的激光架构所报告的最高脉冲能量的25倍以上。”
LLNL激光物理学家Brendan Reagan也补充道：“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，为这一项目奠定了坚实基础。我们的工作已经对EU光刻领域产生了显著影响，现在我们很高兴能迈出下一步。”
然而，将BAT技术应用于半导体生产仍需克服重大基础设施改造的挑战。因此，这一技术何时能取得实际成果仍有待观察。毕竟，当前的EU极紫外光刻系统也经过了几十年的开发才得以成熟。
行业分析公司TechInsights曾发出预警：预计到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。
如果下一代超数值孔径(Hyper-NA EU)光刻技术上市，其功耗可能会更高。因此，半导体行业将继续寻找更节能的技术来为未来的EU光刻机提供动力。而LLNL的BAT激光技术无疑为这一目标提供了新的希望和可能性。
