引子
1月5日，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）发布消息称，正在研发一种基于铥元素的拍瓦（petawatt）级激光技术。该技术有望取代当前极紫外光刻（EUV）工具中使用的二氧化碳激光器，将光源效率提升约十倍。
EUV光刻系统面临的能耗困境
EUV光刻技术是目前最先进的半导体微加工技术，但其高能耗问题一直备受关注。低数值孔径（Low-NA）和高数值孔径（High-NA）EUV光刻系统的功耗分别高达1,170千瓦和1,400千瓦。这种高能耗源于EUV系统的原理：高能激光脉冲蒸发锡滴以形成等离子体并发射EUV光。
要提高EUV光源效率，需要更强大的激光器。由于EUV光只能在真空环境中传播，这就对激光器的尺寸和稳定性提出了极高的要求。
铥激光技术的优势
LLNL主导的铥激光（BAT）技术旨在解决EUV系统面临的问题。BAT激光器的工作波长为2微米，比二氧化碳激光器的10微米更短。较短的波长可以提高锡滴与激光的相互作用效率，从而提高EUV光的转换效率。
BAT系统采用二极管泵浦固态技术，具有更高的整体电效率和更好的热管理能力，可以进一步降低能耗。
BAT技术的应用前景
研究人员计划将BAT激光器与EUV光源系统结合，测试其在2微米波长下与锡滴的相互作用效果。如果BAT技术取得成功，将为新一代超越EUV的光刻系统铺平道路，从而以更快的速度和更低的能耗制造芯片。
不过，将BAT技术应用于半导体生产仍需克服重大的基础设施改造挑战。当前的EUV系统经过数十年才得以成熟，因此BAT技术的实际应用可能需要较长时间。
行业对高效EUV技术的迫切需求
据Techinsights预测，到2030年，半导体制造厂的年耗电量将达到54,000吉瓦（GW），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）EUV光刻技术投入市场，能耗问题可能进一步加剧。
因此，行业对更高效、更节能的EUV机器技术的需求将持续增长，而LLNL的BAT激光技术无疑为这一目标提供了新的可能性。
结语
铥元素激光技术是EUV光刻系统的一项重大突破，有望解决EUV系统面临的高能耗问题。如果该技术能够成功应用于半导体生产，将极大地促进芯片制造业的发展，为下一代电子产品提供更强大的动力。
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