美国研发新型激光技术。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）宣布开发了一种名为大孔径铥（BAT）激光器的技术，旨在为极紫外（EUV）光刻技术的进一步发展奠定基础。这种新型激光器的效率据称是目前ASML EUV光刻机中使用的二氧化碳（CO2）激光器的10倍，并有望在未来取代现有的CO2激光器。

过去几十年里，劳伦斯利弗莫尔国家实验室在尖端激光、光学和等离子体物理学研究方面取得了显著成果，这些研究成果对半导体行业制造先进微处理器的基础科学起到了关键作用。这些计算机芯片推动了当今人工智能、高性能超级计算机和智能手机的发展。

最新的计划由劳伦斯利弗莫尔国家实验室领导，将评估BAT激光器技术。与当前行业标准的CO2激光器相比，该技术有望将EUV光源效率提高约10倍。这一进步可能为新一代“beyond EUV”的光刻系统铺平道路，使芯片生产更快、更节能。然而，将BAT技术应用于半导体生产需要重大的基础设施变化，因此具体时间表尚不明确。

当前一代低数值孔径（Low NA）EUV和下一代高数值孔径（High NA）EUV光刻系统面临的主要问题之一是极高的功率消耗，分别达到1,170千瓦和1,400千瓦。EUV光刻设备之所以能耗巨大，是因为它们依靠高能激光脉冲蒸发微小锡滴，在500,000ºC下产生13.5nm的EUV光线，这需要大功率激光器和冷却系统。

ASML EUV光刻机的光源分为两部分：第一部分是由通快集团提供的30KW二氧化碳激光器，用于照射锡金属液滴以产生13.5nm波长的EUV光线；第二部分则是Cymer的工作，负责提供并控制锡金属液滴以每秒50000滴的速度从喷嘴内喷出，并利用通快集团的30KW二氧化碳激光器对每滴锡金属液滴进行两次轰击，从而产生稳定的13.5nm波长的EUV光线。

由于EUV光线波长非常短，容易被空气吸收，整个EUV光源工作环境需抽成真空。同时，EUV光线无法被玻璃透镜折射，必须使用硅与钼制成的特殊镀膜反射镜来修正光的前进方向，每次反射会损失约30%的能量。最终到达晶圆光阻层的EUV光子理论上只有原来的1%左右。因此，驱动激光器必须具有足够强大的功率才能保障和提高生产能力。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究团队正在测试基于掺铥钇氟化锂构建的BAT激光器技术，其输出功率可达拍瓦级。与现有约10微米波长工作的CO2激光器不同，BAT激光器系统在约2微米波长下工作，理论上可以提高等离子体到EUV的转换效率。此外，BAT激光器系统中使用的二极管泵浦固态技术提供了更好的整体电气效率和热管理。

研究人员的目标是将紧凑、高重复频率的BAT激光器与产生EUV光的系统配对，以测试2微米波长的激光器如何与锡滴相互作用。劳伦斯利弗莫尔国家实验室激光物理学家Brendan Reagan表示，他们的工作已经对EUV光刻界产生了影响，现在他们准备迈出下一步。BAT激光器可以将EUV能源效率提高约10倍，助力未来“beyond EUV”光刻系统生产更小、更强大、制造速度更快、耗电量更少的芯片。

根据ASML公布的信息，其计划在2030年左右推出Hyper NA EUV光刻机，数值孔径将达到0.75，实现更高分辨率的图案化及更小的晶体管特征。研究人员计划演示将紧凑的高重复率BAT激光器与使用成形纳秒脉冲和高能X射线以及超短亚皮秒脉冲产生EUV光源的技术相结合。该项目将在LLNL建立第一个高功率、高重复率、约2微米的激光器。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室长期以来一直是EUV光刻技术开发的先驱，包括早期的光谱研究，这些研究构成了基于等离子体的EUV源的基础。1997年，该实验室参与的一个合作项目促成了第一个原型EUV曝光工具的开发。此外，实验室还开发了高效的多层光学器件，有助于传输和输送用于光刻的EUV光。多年来，实验室的研究为多层涂层科学和技术、光学计量、光源、激光器、高性能计算等领域做出了贡献。