好意思国研发新式BAT激光器：EUV动力遵循晋升10倍！
发布日期：2025-02-11 06:32 点击次数：85
1月6日音信，好意思国劳伦斯利弗莫尔国度践诺室（LLNL）文书开发出了一种称呼为大孔径铥 （BAT） 激光器，旨在为极紫外 （EUV） 光刻时刻的下一步发展奠定基础。该激光器的遵循堪称是面前ASML EUV光刻机中使用的二氧化碳（CO2）激光器的 10 倍，并有望在多年后取代光刻系统中的 CO2 激光器。
当年数十年来，劳伦斯利弗莫尔国度践诺室在顶端激光、光学和等离子体物理学盘问收尾，在半导体行业用于制造先进微处理器的基础科学中阐发了重要作用。这些野心计芯片鼓吹了面前东说念主工智能、高性能超等野心计和智高东说念主机的惊东说念主改进。
而最新的由劳伦斯利弗莫尔国度践诺室指点的野心，将评估大孔径铥 （BAT） 激光器时刻，与刻下行业秩序的 CO2 激光器比较，有望将 EUV 光源遵循提高约 10 倍。这一跳跃可能为新一代“beyond EUV”的光刻系统铺平说念路，这些系统不错更快、更低功耗地坐褥芯片。虽然，将 BAT 时刻应用于半导体坐褥需要首要的基础关节变化，因此需要多万古辰才智得回收尾还有待不雅察。要知说念面前的 EUV 系统也经由了几十年的开发才得以完善并班师商用。
刻下一代低数值孔径（Low NA） EUV 和下一代高数值孔径（High NA） EUV 光刻系统面前所面对的重要问题之一是极高的功率糜费：这些斥地的功耗远离高达 1,170 和 1,400 千瓦。
而EUV 光刻斥地之是以需要糜费如斯强大的功率，是因为它们依靠高能激光脉冲来挥发细小的锡滴（在 500,000ºC 下）以酿成 13.5nm的EUV后光，这需要大功率的激光器和冷却系统，能耗相当大。
具体来说，ASML EUV光刻机的光源分为两个部分：第一个部分等于通快集团供应的30KW二氧化碳激光器，也称之为“drive laser”，其主要作用等于提供10600nm波长的高功率激光，用来照耀锡（Sn）金属液滴，以产生13.5nm波长的EUV后光。
△通快激光放大器的中枢组件——高功率种子模块 (HPSM)。凭据官网资料显露，通快集团向ASML供应的二氧化碳激光器领有457,329个部件，系统内的线缆长度高达7,322米，分量更是达到了17,090千克。
第二部分则是Cymer的责任，其主要承担提供并截止锡金属液滴以每秒50000滴的速率从喷嘴内喷出，并应用通快集团的30KW二氧化碳激光器对每滴锡金属液滴每秒进行两次轰击（即每秒需要10万个激光脉冲），从而产生相识的13.5nm波长的EUV，然后对后光进行网罗，并通过反射镜修正光的前进标的。
△ASML与德国光学公司蔡司（Zeiss）合作，由该蔡司来坐褥反射镜，以使得EUV后光经由屡次反射后八成精确的投射到晶圆上。
由于EUV后光波长相当短，是以它们会很容易被空气接管，是以扫数这个词EUV光源的责任环境需要被抽成真空。同期，EUV后光也无法被玻璃透镜折射，必须以硅与钼制成的特别镀膜反射镜，来修正光的前进标的，况且每一次反射可能将会损误期30%能量，而EUV光学照明系统当中有6组反射镜，导致最终到达晶圆光阻层的EUV光子表面上唯有正本的约1%傍边。
由于这些损耗，导致最终作用于晶圆的EUV后光功率唯有约几瓦，是以drive laser激光器必须要具有迷漫强劲的功率才智保险和提高坐褥智商。
劳伦斯利弗莫尔国度践诺室的盘问团队面前正在测试 BAT 激光器背后的时刻——围绕掺铥钇氟化锂构建，八成达到拍瓦级（petawatt-class，1PW=10^15瓦特）输出功率的激光器。
与面前约 10 微米波长下责任的 CO2 激光器不同，BAT 激光器系统在大致 2 微米的波长下责任。从表面上讲，当与锡液滴相互作用时，这不错提高等离子体到 EUV 的疏通遵循。此外，与CO2激光器装配比较，BAT激光器系统中使用的二极管泵浦固态时刻不错提供更好的全体电气遵循和热处治。
△上图显露了高重叠率激光爆发参加劳伦斯利弗莫尔国度践诺室的 Jupiter Laser Facility Titan 商量区域（中），其中大孔径铥激光束击中两个商量建立：用于高能粒子的短脉冲照耀液体流片（左）和用于 EUV 生成和其他践诺的长脉冲照耀液滴（右）。（图片开始：劳伦斯利弗莫尔国度践诺室）
领先，盘问东说念主员的商量是将紧凑、高重叠频率的 BAT 激光器（具有不同类型的脉冲）与产生 EUV 光的系统配对，以测试以 2 微米波长提供焦耳级脉冲的激光器如何与锡滴相互作用。
“在当年的五年里，咱们进行了表面等离子体模拟和认识考证激光演示，为这个技俩奠定了基础，”劳伦斯利弗莫尔国度践诺室激光物理学家 Brendan Reagan 说。“咱们的责任如故对 EUV 光刻界产生了尽头大的影响，是以现在咱们很欢笑能迈出下一步。”
据劳伦斯利弗莫尔国度践诺室的盘问团队先容，比较现存EUV光刻系统所接纳的CO2激光器，BAT 激光器不错将 EUV动力遵循提高约 10 倍。这可能会助力改日“beyond EUV”光刻系统八成坐褥更小、更强劲、制造速率更快、耗电量更少的芯片。
凭据ASML公布的信息显露，其野心在2030年傍边表露推出Hyper NA EUV光刻机，其数值孔径将达到0.75，以便兑现更高分辨率的图案化及更小的晶体管特征。之后更下一代的EUV野心暂未泄漏。
盘问东说念主员野心演示将紧凑的高重叠率 BAT 激光器与使用成形纳秒脉冲和高能 X 射线和使用超短亚皮秒脉冲产生 EUV 光源的时刻相劝诱。“该技俩将在 LLNL 诞生第一个高功率、高重叠率、约 2 微米的激光器，”劳伦斯利弗莫尔国度践诺室等离子体物理学家Jackson Williams说。“BAT 激光器兑现的功能也将对高能量密度物理和惯性聚变能畛域产生首要影响。”
Brendan Reagan 和 Jackson Williams是该技俩的集合首席盘问员。该技俩包括来自SLAC 国度加快器践诺室的科学家；ASML 圣地亚哥；纳米光刻高档盘问中心 （一个位于荷兰的公私互助盘问中心）。
Brendan Reagan指出，该践诺室恒久以来一直是 EUV 光刻时刻开发的前驱，包括早期的光谱盘问，这些盘问组成了基于等离子体的 EUV 源的基础。
早在1997 年，劳伦斯利弗莫尔国度践诺室、桑迪亚国度践诺室和劳伦斯伯克利国度践诺室参与的一个合作盘问技俩促成了工程测试台的开发，这是第一个原型 EUV 曝光器用。
此外，该践诺室还开发了高效的多层光学器件，有助于传输和运输用于光刻的 EUV 光。以前，劳伦斯利弗莫尔国度践诺室与 ASML 合作，应用践诺室平庸的等离子体仿真功能来优化离子源遵循。
多年来，劳伦斯利弗莫尔国度践诺室平庸的多学科盘问为多层涂层科学和时刻、光学计量、光源、激光器、高性能野心作念出了孝顺，尤其是 2022 年 12 月在 NIF 上得回的历史性成就。
ASML四肢环球独一的EUV 光刻机坐褥商，它一直使用的是 CO2脉冲激光器来运行 EUV 光源。但劳伦斯利弗莫尔国度践诺室当年十年的盘问标明，更新的二极管运行固态激光器时刻为兑现 EUV 光刻系统兑现更高功率和更高全体遵循提供了一条有出路的说念路。
除了Brendan Reagan 和 Jackson Williams以外，LLNL 多学科团队的主要成员还包括 Félicie Albert、Leily Kiani、Emily Link、Thomas Spinka、Issa Tamer 和 Scott Wilks。
该技俩还包括 SLAC 高能量密度部门主任兼前 LLNL 等离子体物理小组负责东说念主 Siegfried Glenzer、ASML 首席 EUV 源盘问时刻大众 Michael Purvis 和 ARCNL 源部门负责东说念主 Oscar Versolato。
裁剪：芯智讯-浪客剑
