美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）正在研發(fā)一種基于銩元素的拍瓦（petawatt）級激光技術(shù)，該技術(shù)有望取代當前極紫外光刻（EUV）工具中使用的二氧化碳激光器，并將光源效率提升約十倍。這一突破可能為新一代“超越 EUV”的光刻系統(tǒng)鋪平道路，從而以更快的速度和更低的能耗制造芯片。

當前，EUV 光刻系統(tǒng)的能耗問題備受關(guān)注。以低數(shù)值孔徑（Low-NA）和高數(shù)值孔徑（High-NA）EUV 光刻系統(tǒng)為例，其功耗分別高達 1,170 千瓦和 1,400 千瓦。這種高能耗主要源于 EUV 系統(tǒng)的工作原理：高能激光脈沖以每秒數(shù)萬次的頻率蒸發(fā)錫滴（50 萬攝氏度），以形成等離子體并發(fā)射 13.5 納米波長的光。這一過程不僅需要龐大的激光基礎(chǔ)設(shè)施和冷卻系統(tǒng)，還需要在真空環(huán)境中進行以避免 EUV 光被空氣吸收。此外，EUV 工具中的先進反射鏡只能反射部分 EUV 光，因此需要更強大的激光來提高產(chǎn)能。

IT之家注意到，LLNL 主導(dǎo)的“大口徑銩激光”（BAT）技術(shù)旨在解決上述問題。與波長約為 10 微米的二氧化碳激光器不同，BAT 激光器的工作波長為 2 微米，理論上能夠提高錫滴與激光相互作用時的等離子體到 EUV 光的轉(zhuǎn)換效率。此外，BAT 系統(tǒng)采用二極管泵浦固態(tài)技術(shù)，相較于氣體二氧化碳激光器，具有更高的整體電效率和更好的熱管理能力。

最初，LLNL 的研究團隊計劃將這種緊湊且高重復(fù)率的 BAT 激光器與 EUV 光源系統(tǒng)結(jié)合，測試其在 2 微米波長下與錫滴的相互作用效果。LLNL 激光物理學(xué)家布倫丹?里根（Brendan Reagan）表示：“過去五年中，我們已經(jīng)完成了理論等離子體模擬和概念驗證實驗，為這一項目奠定了基礎(chǔ)。我們的工作已經(jīng)在 EUV 光刻領(lǐng)域產(chǎn)生了重要影響，現(xiàn)在我們對下一步的研究充滿期待。”

然而，將 BAT 技術(shù)應(yīng)用于半導(dǎo)體生產(chǎn)仍需克服重大基礎(chǔ)設(shè)施改造的挑戰(zhàn)。當前的 EUV 系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)十年才得以成熟，因此 BAT 技術(shù)的實際應(yīng)用可能需要較長時間。

據(jù)行業(yè)分析公司 TechInsights 預(yù)測，到 2030 年，半導(dǎo)體制造廠的年耗電量將達到 54,000 吉瓦（GW），超過新加坡或希臘的年用電量。如果下一代超數(shù)值孔徑（Hyper-NA）EUV 光刻技術(shù)投入市場，能耗問題可能進一步加劇。因此，行業(yè)對更高效、更節(jié)能的 EUV 機器技術(shù)的需求將持續(xù)增長，而 LLNL 的 BAT 激光技術(shù)無疑為這一目標提供了新的可能性。