據國外媒體報道，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)正在研發一種基于銩元素的拍瓦(petawatt)級激光技術，該技術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 光刻系統的能耗問題備受關注。以低數值孔徑(Low-NA)和高數值孔徑(High-NA)EUV 光刻系統為例，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 系統的工作原理：高能激光脈沖以每秒數萬次的頻率蒸發錫滴(50 萬攝氏度)，以形成等離子體并發射 13.5 納米波長的光。這一過程不僅需要龐大的激光基礎設施和冷卻系統，還需要在真空環境中進行以避免 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能。

LLNL 主導的“大口徑銩激光”(BAT)技術旨在解決上述問題。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 光的轉換效率。此外，BAT 系統采用二極管泵浦固態技術，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率的 BAT 激光器與 EUV 光源系統結合，測試其在 2 微米波長下與錫滴的相互作用效果。LLNL 激光物理學家布倫丹 里根(Brendan Reagan)表示：“過去五年中，我們已經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。我們的工作已經在 EUV 光刻領域產生了重要影響，現在我們對下一步的研究充滿期待。”

然而，將 BAT 技術應用于半導體生產仍需克服重大基礎設施改造的挑戰。當前的 EUV 系統經過數十年才得以成熟，因此 BAT 技術的實際應用可能需要較長時間。

據行業分析公司 TechInsights 預測，到 2030 年，半導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。如果下一代超數值孔徑(Hyper-NA)EUV 光刻技術投入市場，能耗問題可能進一步加劇。因此，行業對更高效、更節能的 EUV 機器技術的需求將持續增長，而 LLNL 的 BAT 激光技術無疑為這一目標提供了新的可能性。

隨著基于BAT技術的激光系統逐步成熟，行業大有可為。新型激光器不僅將改變芯片制造的能效比，還可能推動整體半導體產業的改革。在未來的半導體生產中，持續加強激光技術的研發和革新，對于行業的可持續發展無疑具有重要意義。同時，此前的EUV技術也將伴隨BAT技術的發展進行優化改進，實現兩者的相得益彰。可以預見，在不久的將來，半導體制造將會迎來一個技術重塑的窗口，其中激光技術的創新將繼續推進智能制造的潮流，使行業朝著更高效、環保的目標邁進。總之，LLNL的BAT激光技術進展標志著芯片制造領域又一次技術革新的開端。在這一進程中，各大廠商需緊跟時代步伐，通過技術創新應對日益嚴峻的能耗挑戰，推動芯片制造的綠色轉型。相信在不久的將來，更高級別的集成電路產品將能夠以更低的成本和能耗大規模生產，助力人工智能與數字經濟的更加暢通發展。

審核編輯 黃宇