VS next-gen BAT-lasersysteem streeft naar een 10x hogere efficiëntie voor EUV-chipproductie

Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) is bezig met de ontwikkeling van een petawatt-lasersysteem dat de efficiëntie van EUV-lithografieapparatuur voor chipfabricage aanzienlijk zou kunnen verbeteren. Deze technologie, die bekend staat als de Big Aperture Thulium (BAT) laser, is bedoeld om ongeveer tien keer de efficiëntie te bereiken van de CO2 lasers die momenteel de industrie domineren.

Dit initiatief valt onder een nieuw vierjarig project van $12 miljoen bij het Extreme Lithography & Materials Innovation Center (ELMIC), dat gesteund wordt door het programma Microelectronics Science Research Centers van het Ministerie van Energie. Het is een teamprestatie, met inbreng van SLAC National Accelerator Laboratory, ASML San Diego en het Advanced Research Center for Nanolithography (ARCNL).

De BAT-laser gebruikt thulium-gedoteerd yttrium-lithiumfluoride als versterkingsmedium. Hij werkt op een golflengte van ongeveer 2 micron - heel wat anders dan de krachtige lasers van vandaag, die meestal rond 1 micron of 10 micron werken. Deze nieuwe golflengte zou een efficiëntere plasma-naar-EUV conversie kunnen opleveren wanneer het in contact komt met tindruppels in het lithografieproces.

Op dit moment verbruiken EUV-lithografiesystemen veel stroom - tot wel 1400 kilowatt voor EUV-gereedschappen met hoge NA. Het grootste deel van deze energie wordt gebruikt om tindruppels tot 500.000°C te verhitten om plasma te creëren dat het benodigde 13,5-nanometer licht uitzendt. Door gebruik te maken van diode-gepompte solid-state technologie, zou de BAT-laser de energie-efficiëntie en het warmtebeheer kunnen verbeteren ten opzichte van de huidige CO2-lasers.

Laserfysicus Brendan Reagan en plasmafysicus Jackson Williams, die mede-hoofdonderzoekers zijn, leiden het project. Hun onderzoek bouwt voort op vijf jaar van plasmasimulaties en vroege proof-of-concept-tests die al de aandacht hebben getrokken van de EUV-lithografiegemeenschap.

Alle tests zullen plaatsvinden op de Jupiter Laser Facility van LLNL, die net klaar is met een grote vierjarige upgrade. Deze faciliteit maakt deel uit van LaserNetUS, een netwerk van krachtige laserlaboratoria in heel Noord-Amerika dat gefinancierd wordt door het Office of Science van het Department of Energy.

Hoewel de BAT-lasertechnologie de productie van chips zou kunnen versnellen en het stroomverbruik zou kunnen verlagen, zal de uitrol ervan in de halfgeleiderindustrie een grote uitdaging zijn. Er zouden aanzienlijke veranderingen in de bestaande infrastructuur nodig zijn, en zo'n overgang zal waarschijnlijk niet van de ene op de andere dag plaatsvinden. De EUV-systemen van vandaag hebben er immers tientallen jaren over gedaan om van concept tot volledige productie te komen.