效率提升10倍！美国推动下一代EUV光刻技术发展
效率提升10倍！美国推动下一代EUV光刻技术发展
美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）正在推动极紫外（EUV）光刻技术的下一代发展，目标是将光源效率提升10倍。这项研究以实验室开发的驱动系统大孔径铥（BAT）激光器为核心，有望为半导体行业带来突破性进展。
位于加利福尼亚州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）正在牵头一项重要项目，旨在推动EUV光刻技术的下一次发展。该项目的核心是实验室开发的驱动系统大孔径铥（BAT）激光器。据LLNL称，该项目将测试BAT激光器与当前行业标准二氧化碳（CO2）激光器相比，将EUV光源效率提高约10倍的能力。
LLNL坚持认为，这可能促成下一代“超越EUV”（BEUV）光刻系统的生产，从而生产出更小、更强大、制造速度更快、同时耗电量更少的芯片。
实验室进行了概念验证激光演示
LLNL激光物理学家Brendan Reagan表示，该实验室在过去五年中进行了理论等离子体模拟和概念验证激光演示，为该项目奠定了基础。“我们的工作已经对EUV光刻界产生了相当大的影响，所以现在我们很高兴迈出下一步，”Reagan补充道。
该实验室声称，EUV光刻涉及高功率激光，每秒发射数万个锡液滴。激光将每个尺寸约为30百万分之一米的液滴加热到50万摄氏度，产生等离子体，产生波长为13.5纳米的紫外线。
现有EUV光刻源的能源效率
特殊的多层镜面引导光线穿过掩模板，这些板保存着用于半导体晶圆的集成电路的复杂图案。根据LLNL的新闻稿，光线将图案投射到光刻胶层上，蚀刻掉光刻胶层以将集成电路留在芯片上。
该项目还旨在调查利用为新型拍瓦级BAT激光器开发的技术可以提高现有用于半导体生产的EUV光刻源的能源效率，该激光器使用掺铥的氟化钇锂（Tm:YLF）作为增益介质，通过该介质可以增加激光束的功率和强度。
科学家们计划进行一次演示，将紧凑型高重复率BAT激光器与使用整形纳秒脉冲产生EUV光源以及使用超短亚皮秒脉冲产生高能X射线和粒子的技术配对。
Williams强调，该项目将在LLNL建立首个高功率、高重复率、约2微米的激光器。这一进步预计将使半导体行业受益。Williams强调，BAT激光器的功能将影响EUV生成以外的领域，对高能量密度（HED）物理学和惯性聚变能产生重大影响。
LLNL还坚持认为，半导体行业一直在竞相将尽可能多的集成电路和其他功能集成到一块芯片中，使每一代微处理器变得更小但更强大。过去几年，EUV光刻技术占据了领先地位，因为它使用EUV光将小至几纳米的微电路蚀刻到先进的芯片和处理器上。
目前，最先进的EUV光刻技术已被应用于2nm制程节点的芯片量产，并且仍在持续优化中。为了不断逼近EUV光刻技术的理论分辨率极限，并确保光刻机具备可靠的系统性能，还需要继续深入研究如何有效管理提高光源功率所带来的热效应，同时开发边缘粗糙度更低且能保证特征尺寸精确控制与良好附着力的EUV光刻胶。此外，减少光源内部的碎片污染以延长收集镜的使用寿命，以及降低曝光过程中污染物附着在掩模上的概率，也是当前重要的研究课题。
在EUV光刻技术实现量产的同时，许多研发机构也在尝试研发更高效且成本相对较低的下一代光刻技术。
LLNL长期以来一直是EUV光刻技术的开发先驱，包括为基于等离子体的EUV源奠定基础的早期光谱研究。早在1988年，LLNL提出第一个SXPL系统，研究人员进一步制造组件和开发技术进行诊断验证。1989年，Kinoshita发表论文提出最佳SXPL曝光参数。
之后又在1994年，美国国家EUV光刻计划出现，由LLNL、SNL、劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）和AT&T贝尔实验室的研究人员组成，由DOE资助并由DARPA、DOE和行业代表的技术咨询小组指导。在此期间，美国的研究团队开始开发成像系统和第一款利用EUV技术的精确叠加工具，欧洲和日本的相关研究也在积极进行。
日前LLNL的研究人员还开发出一种新型的“高阶谐波”光源，能够产生更强大、更稳定的EUV光束。这项技术不仅有望大幅提高EUV光刻机的生产效率，还可能降低设备成本。更重要的是，它为其他企业进入EUV光刻机市场打开了大门。