लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी (LLNL) थ्यूलियम पर आधारित एक पेटावैट लेजर तकनीक विकसित कर रही है, जो वर्तमान चरम पराबैंगनी लिथोग्राफी (EUV) टूल में उपयोग किए जाने वाले कार्बन डाइऑक्साइड लेज़रों को बदलने और प्रकाश स्रोत की दक्षता को लगभग दस बार बढ़ाने की उम्मीद है। यह सफलता "बियॉन्ड ईयूवी" लिथोग्राफी सिस्टम की एक नई पीढ़ी के लिए एक तेज गति से चिप्स का निर्माण करने के लिए और कम ऊर्जा की खपत के साथ मार्ग प्रशस्त कर सकती है।
वर्तमान में, EUV लिथोग्राफी प्रणालियों की ऊर्जा खपत ने बहुत ध्यान आकर्षित किया है। कम संख्यात्मक एपर्चर (कम-एनए) और उच्च संख्यात्मक एपर्चर (उच्च-एनए) ईयूवी लिथोग्राफी सिस्टम को उदाहरण के रूप में लेना, उनकी बिजली की खपत क्रमशः 1,170 किलोवाट और 1,400 किलोवाट के रूप में अधिक है। यह उच्च ऊर्जा की खपत मुख्य रूप से ईयूवी प्रणालियों के कार्य सिद्धांत के कारण है: उच्च-ऊर्जा लेजर दालें टिन की बूंदों (500, 000 डिग्री सेल्सियस) को वाष्पित करती हैं। 13.5 नैनोमीटर की एक तरंग दैर्ध्य। इस प्रक्रिया के लिए न केवल एक विशाल लेजर इन्फ्रास्ट्रक्चर और कूलिंग सिस्टम की आवश्यकता होती है, बल्कि हवा द्वारा अवशोषित होने वाले ईयूवी प्रकाश से बचने के लिए एक वैक्यूम वातावरण में भी किया जाना चाहिए। इसके अलावा, ईयूवी उपकरणों में उन्नत दर्पण केवल ईयूवी प्रकाश के हिस्से को प्रतिबिंबित कर सकते हैं, इसलिए उत्पादन क्षमता बढ़ाने के लिए अधिक शक्तिशाली लेज़रों की आवश्यकता होती है।
यह घर ने कहा कि LLNL के नेतृत्व में "बड़े एपर्चर थुलियम लेजर" (BAT) तकनीक को उपरोक्त समस्याओं को हल करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। लगभग 10 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य के साथ कार्बन डाइऑक्साइड लेजर के विपरीत, बैट लेजर 2 माइक्रोन के तरंग दैर्ध्य पर संचालित होता है, जो सैद्धांतिक रूप से प्लाज्मा की रूपांतरण दक्षता में ईयूवी प्रकाश में सुधार कर सकता है जब टिन की बूंद लेज़रों के साथ बातचीत करती है। इसके अलावा, BAT सिस्टम डायोड-पंपेड सॉलिड-स्टेट तकनीक का उपयोग करता है, जिसमें गैस कार्बन डाइऑक्साइड लेज़रों की तुलना में अधिक समग्र विद्युत दक्षता और बेहतर थर्मल प्रबंधन क्षमताएं होती हैं।
प्रारंभ में, LLNL अनुसंधान टीम ने 2 माइक्रोन के तरंग दैर्ध्य पर टिन की बूंदों के साथ अपने इंटरैक्शन प्रभाव का परीक्षण करने के लिए EUV प्रकाश स्रोत प्रणाली के साथ इस कॉम्पैक्ट और उच्च-पुनरावृत्ति दर बैट लेजर को संयोजित करने की योजना बनाई। "पिछले पांच वर्षों में, हमने इस परियोजना के लिए नींव रखने के लिए सैद्धांतिक प्लाज्मा सिमुलेशन और प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट प्रयोगों को पूरा कर लिया है। हमारे काम का पहले से ही ईयूवी लिथोग्राफी के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ा है, और अब हम अब के बारे में उत्साहित हैं कि हम उत्साहित हैं। अगले कदम, "LLNL में एक लेजर भौतिक विज्ञानी ब्रेंडन रीगन ने कहा।
हालांकि, अर्धचालक उत्पादन में बैट प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग के लिए अभी भी प्रमुख बुनियादी ढांचा परिवर्तन की चुनौती पर काबू पाने की आवश्यकता है। वर्तमान ईयूवी सिस्टम ने परिपक्व होने में दशकों लग गए हैं, इसलिए बैट तकनीक के वास्तविक अनुप्रयोग में लंबा समय लग सकता है।
उद्योग विश्लेषक फर्म Techinsights के अनुसार, 2030 तक, अर्धचालक विनिर्माण संयंत्रों की वार्षिक बिजली की खपत 54, 000 gigawatts (GW) तक पहुंच जाएगी, जो सिंगापुर या ग्रीस की वार्षिक बिजली की खपत से अधिक है। यदि अल्ट्रा-न्युमेरिकल एपर्चर (हाइपर-एनए) ईयूवी लिथोग्राफी तकनीक की अगली पीढ़ी बाजार में प्रवेश करती है, तो ऊर्जा की खपत की समस्या को और बढ़ा दिया जा सकता है। इसलिए, अधिक कुशल और ऊर्जा-कुशल ईयूवी मशीन तकनीक के लिए उद्योग की मांग बढ़ती रहेगी, और एलएलएनएल की बैट लेजर तकनीक निस्संदेह इस लक्ष्य के लिए नई संभावनाएं प्रदान करती है।
