外媒報導，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL）正在研發銩元素的拍瓦（petawatt）級雷射，有望取代極紫外光曝光（EUV）二氧化碳雷射，並將光源效率提升約十倍，可能為超越 EUV 微影曝光設備開啟新局，以更快速度和更低能耗製造晶片。
EUV 微影曝光系統的能耗問題備受關注。以一般數值孔徑（Low-NA）和高數值孔徑（High-NA）EUV 微影曝光系統為例，功耗分別高達 1,170 千瓦和 1,400 千瓦，高能耗來自 EUV 原理，也就是藉高能雷射脈衝，以每秒數萬次頻率蒸發錫球（約 50 萬°C）以形成等離子體，然後發射 13.5 奈米波長光。這不僅需龐大雷射基礎設施和冷卻系統，還需要真空環境，以避免 EUV 光被空氣吸收。EUV 先進反射鏡只能反射部分 EUV 光，因此需要更強大雷射提高產能。
LLNL 主導的大口徑銩雷射（BAT）目標為解決以上問題。與波長約為 10 微米的二氧化碳雷射不同，BAT 波長為 2 微米，理論上能提高錫球與雷射相互作用時等離子體到 EUV 光的轉換效率。此外，BAT 系統採二極體泵浦固態，相較氣體二氧化碳雷射器，有更高整體電能效率和更佳熱管理。
最初，LLNL 團隊計畫將這種緊湊且高重複率的 BAT 與 EUV 光源系統結合，測試 2 微米波長下與錫球的相互作用。LLNL 雷射物理學家 Brendan Reagan 表示，過去五年完成理論等離子體模擬和概念驗證實驗，為計畫奠定基礎，對 EUV 微影曝光產生重要影響，對下步研究充滿期待。
即便如此，要將 BAT 用於半導體生產仍需克服重大基礎設施改造的挑戰。因為 EUV 也經數十年發展才成熟，BAT 實際應用可能需較長時間。
產業市場分析公司 TechInsights 預測，到 2030 年，半導體製造廠的年耗電量將達到 54,000 GW，超過新加坡或希臘年用電量。如果下代超數值孔徑（Hyper-NA）EUV 投入市場，能耗問題可能加劇。產業對更高效、更節能的 EUV 需求持續成長，而 LLNL BAT 無疑提供新可行性。
(首圖來源：LLNL)
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