LLNL выбран для руководства исследованиями в области экстремальной ультрафиолетовой литографии нового поколения

Американские учёные из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса совершили значительный прорыв в области экстремально-ультрафиолетовой (EUV) литографии, разработав инновационную систему накачки лазера, получившую название «Тулиевый лазер с большой апертурой» (BAT). Этот прорыв обещает революционизировать производство микросхем, позволяя создавать чипы меньшего размера, более высокой производительности и энергоэффективности. Ключевое преимущество системы BAT заключается в её существенно повышенной эффективности по сравнению с существующими технологиями. Эксперименты показали, что BAT примерно на порядок (в 10 раз) превосходит по эффективности лазеры на углекислом газе (CO2), которые сегодня являются индустриальным стандартом в EUV-литографии. Это увеличение эффективности напрямую влияет на энергопотребление, один из главных вызовов в производстве чипов по технологии EUV. Современные системы EUV-литографии, даже с низкой числовой апертурой (NA), потребляют колоссальное количество энергии – около 1170 киловатт. Системы следующего поколения с высокой NA требуют ещё больше – порядка 1400 киловатт. Такое высокое энергопотребление обусловлено несколькими факторами. Во-первых, процесс генерации экстремального ультрафиолетового излучения сам по себе крайне энергозатратен. Для этого используются мощные лазерные импульсы, которые испаряют мельчайшие капли расплавленного олова, разогревая их до невероятной температуры – около 500 000°C. В результате образуется плазма, излучающая свет с длиной волны 13,5 нанометра, идеально подходящий для создания сверхминиатюрных транзисторов. Для получения необходимого количества импульсов (десятки тысяч в секунду) требуются высокомощные лазерные системы и сложные системы охлаждения, потребляющие значительную часть энергии. Во-вторых, управление процессом образования и перемещения капель олова также требует значительных энергетических затрат. Это включает в себя прецизионные системы дозирования, электростатические поля для управления траекторией капель и вакуумные системы для предотвращения столкновений капель между собой. В-третьих, сама природа EUV-излучения диктует необходимость создания сверхвысокого вакуума в установке. Это необходимо для предотвращения поглощения излучения молекулами воздуха, что существенно снижает эффективность процесса. Поддержание такого вакуума требует постоянной работы мощных вакуумных насосов, что опять же увеличивает энергопотребление. Наконец, высокоточное управление лучом EUV, необходимое для создания требуемых топологических структур на кремниевой подложке, осуществляется с помощью сложной системы многослойных зеркал. Эти зеркала, изготовленные из чередующихся слоёв различных материалов (например, молибдена и кремния), имеют очень высокую отражательную способность на длине волны 13,5 нм, но при этом их производство и поддержание в идеальном состоянии также требуют значительных ресурсов. Даже незначительное загрязнение или деформация поверхности зеркала может привести к снижению производительности и качества изображения, что делает необходимым строгий контроль и потенциально требует дополнительных затрат энергии. Переход на тулиевые лазеры BAT обещает решить многие из этих проблем. Повышенная эффективность BAT позволит уменьшить мощность потребляемых лазеров, сократить требования к системам охлаждения и, как следствие, значительно снизить общее энергопотребление всей EUV-литографической установки. Это не только снизит затраты на производство, но и уменьшит углеродный след микроэлектронной промышленности, что особенно актуально в условиях растущей озабоченности вопросами устойчивого развития. Кроме того, увеличение эффективности может позволить увеличить скорость производства, что приведёт к сокращению времени ожидания выпуска новых поколений процессоров и других микроэлектронных устройств. Дальнейшие исследования и разработки в области тулиевых лазеров BAT открывают новые возможности для создания ещё более компактных, быстрых и энергоэффективных чипов, закладывая основу для следующей революции в микроэлектронике.