Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) sedang mengembangkan teknologi laser Petawatt berdasarkan thulium yang diharapkan untuk menggantikan laser karbon dioksida yang digunakan dalam alat litografi ultraviolet ekstrem (EUV) saat ini dan meningkatkan efisiensi sumber cahaya sekitar sepuluh kali. Terobosan ini dapat membuka jalan bagi generasi baru sistem litografi "Beyond EUV" untuk memproduksi chip dengan kecepatan yang lebih cepat dan dengan konsumsi energi yang lebih rendah.
Saat ini, konsumsi energi sistem litografi EUV telah menarik banyak perhatian. Mengambil aperture numerik rendah (rendah-NA) dan sistem litografi bukaan numerik tinggi (tinggi-NA) seperti contoh, konsumsi daya mereka setinggi 1.170 kilowatt dan 1.400 kilowatt masing-masing. Konsumsi energi tinggi ini terutama disebabkan oleh prinsip kerja sistem EUV: pulsa laser energi tinggi menguapkan tetesan timah (500, 000 derajat Celcius) pada frekuensi puluhan ribu per detik untuk membentuk plasma dan memancarkan cahaya dengan cahaya dengan panjang gelombang 13,5 nanometer. Proses ini tidak hanya membutuhkan infrastruktur laser dan sistem pendingin yang besar, tetapi juga perlu dilakukan di lingkungan vakum untuk menghindari cahaya EUV yang diserap oleh udara. Selain itu, cermin canggih dalam alat EUV hanya dapat memantulkan bagian dari cahaya EUV, sehingga laser yang lebih kuat diperlukan untuk meningkatkan kapasitas produksi.
Rumah ini mencatat bahwa teknologi "laser thulium laser bukaan besar" (BAT) yang dipimpin oleh LLNL dirancang untuk menyelesaikan masalah di atas. Tidak seperti laser karbon dioksida dengan panjang gelombang sekitar 10 mikron, laser kelelawar beroperasi pada panjang gelombang 2 mikron, yang secara teoritis dapat meningkatkan efisiensi konversi plasma ke cahaya EUV ketika tetesan timah berinteraksi dengan laser. Selain itu, sistem BAT menggunakan teknologi solid-state yang dipompa dioda, yang memiliki efisiensi listrik keseluruhan yang lebih tinggi dan kemampuan manajemen termal yang lebih baik daripada laser karbon dioksida gas.
Awalnya, tim peneliti LLNL berencana untuk menggabungkan laser kelelawar laju ringkas dan pengulangan tinggi ini dengan sistem sumber cahaya EUV untuk menguji efek interaksinya dengan tetesan timah pada panjang gelombang 2 mikron. "Selama lima tahun terakhir, kami telah menyelesaikan simulasi plasma teoretis dan eksperimen bukti konsep untuk meletakkan dasar untuk proyek ini. Pekerjaan kami telah memiliki dampak penting di bidang litografi EUV, dan kami sekarang bersemangat tentang Langkah selanjutnya, "kata Brendan Reagan, seorang fisikawan laser di LLNL.
Namun, penerapan teknologi BAT dalam produksi semikonduktor masih membutuhkan mengatasi tantangan transformasi infrastruktur utama. Sistem EUV saat ini telah memakan waktu beberapa dekade untuk matang, sehingga aplikasi teknologi kelelawar yang sebenarnya mungkin memakan waktu lama.
Menurut perusahaan analis industri TechInsights, pada tahun 2030, konsumsi daya tahunan pabrik manufaktur semikonduktor akan mencapai 54, 000 gigawatts (GW), yang lebih dari konsumsi daya tahunan Singapura atau Yunani. Jika generasi berikutnya dari teknologi litografi euV ultra-numerik (Hyper-NA) memasuki pasar, masalah konsumsi energi mungkin semakin diperburuk. Oleh karena itu, permintaan industri untuk teknologi mesin EUV yang lebih efisien dan hemat energi akan terus tumbuh, dan teknologi laser kelelawar LLNL tidak diragukan lagi memberikan kemungkinan baru untuk tujuan ini.
