美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）正在开发一种新型的铥激光器，称为大孔径铥（BAT）激光器，其效率是当前EUV光刻系统中使用的二氧化碳激光器的10倍。这一突破性的研究有望为新一代“超EUV”光刻系统铺平道路，使芯片生产速度更快、功耗更低。
目前的极紫外（EUV）光刻技术在半导体制造中具有重要作用，但其功耗极高。例如，低数值孔径（NA）EUV和高NA EUV光刻系统分别消耗1,170千瓦和1,400千瓦的电力。这是因为EUV光刻工具依赖于高能激光脉冲来蒸发微小的锡液滴，以形成发射13.5纳米光的等离子体。每秒产生数万个脉冲需要大量的激光基础设施和冷却系统，同时防止空气吸收EUV光的真空要求也增加了整体能源使用。
LLNL的研究团队正在测试BAT激光器的技术，该激光器围绕掺铥的钇氟化锂构建，能够产生千瓦级的输出。与工作波长约为10微米的CO2激光器不同，BAT激光器的工作波长约为2微米。理论上，这种波长在与锡液滴相互作用时可以实现更高的等离子体到EUV转换效率。此外，与基于气体的CO2装置相比，BAT系统中使用的二极管泵浦固态技术可以提供更好的整体电气效率和热管理。
LLNL激光物理学家Brendan Reagan表示：“在过去的五年里，我们已经进行了理论等离子体模拟和概念验证激光演示，为这个项目奠定了基础。我们的工作已经在EUV光刻领域产生了相当大的影响，现在我们很高兴能迈出下一步。”
尽管在半导体生产中实施BAT技术将需要重大的基础设施变革，但其潜在的节能效果和生产效率提升将为半导体行业带来重大变革。随着半导体晶圆厂的功耗不断增加，预计到2030年，这些晶圆厂每年将消耗54,000吉瓦（GW）的电力，超过新加坡或希腊的年消耗量。因此，开发更节能的技术对于未来的EUV机器至关重要。
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