Dự án laser BAT: Tương lai sáng cho công nghệ lithography EUV

Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) đang phát triển một hệ thống laser petawatt tiên tiến, hứa hẹn có thể làm cách mạng hóa ngành sản xuất chip. Công nghệ laser đột phá này, thuộc dự án laser BAT trị giá 12 triệu USD, mục tiêu sẽ hiệu quả gấp mười lần so với các máy lithography EUV.

Dự án được gọi là laser Thulium aperture lớn (BAT), sẽ có tác dụng nâng cao hiệu quả cho các thiết bị lithography EUV sử dụng trong sản xuất chip. BAT được kỳ vọng sẽ có hiệu suất gấp mười lần các laser CO2 đang chiếm ưu thế trong ngành hiện nay.

Dự án này thuộc trung tâm Extreme Lithography & Materials Innovation Center (ELMIC), là một phần trong dự án nghiên cứu trị giá 12 triệu USD, nhận được sự hỗ trợ từ chương trình Microelectronics Science Research Centers của Bộ Năng lượng Mỹ. Đây là một nỗ lực hợp tác với sự tham gia của các tổ chức như SLAC National Accelerator Laboratory, ASML San Diego và Advanced Research Center for Nanolithography (ARCNL).

Công nghệ laser BAT và ưu điểm nổi bật

Laser BAT sử dụng chất lượng thulium-doped yttrium lithium fluoride làm môi trường khuếch đại. Nó hoạt động ở bước sóng khoảng 2 micron, một bước đi hoàn toàn khác biệt so với các laser mạnh mẽ hiện nay, thường hoạt động ở khoảng 1 micron hoặc 10 micron. Bước sóng này có thể tạo ra hiệu quả chuyển đổi plasma sang EUV cao hơn khi chiếu vào các giọt thiếc trong quá trình lithography.

Hiện nay, các hệ thống lithography EUV tiêu thụ rất nhiều năng lượng – lên đến 1.400 kilowatt đối với các công cụ EUV có độ phân giải cao. Hầu hết năng lượng này được sử dụng để làm nóng các giọt thiếc lên đến 500.000°C để tạo ra plasma phát ra ánh sáng có bước sóng 13.5 nanomet. Sử dụng công nghệ diode-pumped solid-state, laser BAT có thể cải thiện hiệu suất năng lượng và khả năng quản lý nhiệt so với các laser CO2 hiện nay.

Thách thức và triển vọng

Mặc dù công nghệ laser BAT có thể giúp tăng tốc quá trình sản xuất chip và giảm lượng năng lượng tiêu thụ, việc triển khai nó trong ngành công nghiệp bán dẫn sẽ đối mặt với rất nhiều thách thức. Quá trình chuyển đổi sẽ đụng phải sự thay đổi lớn về cơ sở hạ tầng hiện tại, và có thể mất nhiều thời gian mới có thể thực hiện. Dù sao đi nữa, các hệ thống EUV ngày nay đã mất hàng thập kỷ để từ ý tưởng trở thành sản phẩm hoàn thiện.

Dự án BAT của Lawrence Livermore không chỉ hứa hẹn mang lại những cải tiến đáng kể trong ngành sản xuất chip, mà còn mở ra triển vọng mới cho ngành công nghệ laser. Tuy nhiên, để công nghệ này trở thành một phần không thể thiếu trong quy trình sản xuất chip, sẽ còn phải vượt qua không ít thử thách về cơ sở hạ tầng và thời gian thử nghiệm.