儘管目前最先進的光刻機已經可以用於生產2nm晶片，但科學家仍在持續探索以進一步提升光刻機的綜合性能，用於產生光源的雷射或成下一個突破口。近日，根據Tom’s Hardware報道，美國實驗室正在開發一種拍瓦（一種功率單位，表示10^15瓦特）級的大孔徑铥（BAT）雷射。據悉，這款雷射器擁有將極紫外光刻（EUV）光源效率提高約10倍的能力，或可望取代目前EUV工具中使用的二氧化碳雷射。

圖源：LLNL

事實上，這則消息最快可以追溯至上個月。當時美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）在新聞稿中宣稱，由該機構牽頭的研究組織旨在為極紫外(EUV) 光刻技術的下一次發展奠定基礎，而其中關鍵即是被稱作BAT雷射的驅動系統。

公開資料顯示，LLNL是美國著名國家實驗室之一，最初成立於1952年，目前隸屬於美國能源部的國家核子安全局（NNSA）。數十年來，其尖端雷射、光學和等離子體物理學研究在半導體產業用於製造先進處理器的基礎科學中發揮了關鍵作用。

對於這款尚在開發的新型BAT雷射器，LLNL方面表示，其能以更低的能耗製造晶片，並且可能會催生出下一代「超越EUV」的光刻系統，藉此系統生產的晶片將會「更小、更強大」。

BAT雷射強大的關鍵或許在於其使用摻铥元素的氟化釔鋰作為增益介質。據悉，透過此介質可以增加雷射光束的功率和強度。

「我們將在LLNL 建立第一台高功率、高重複率、約2微米的雷射器，」LLNL等離子體物理學家傑克遜威廉斯表示：「BAT 雷射器所實現的功能也將對高能量密度物理和慣性聚變能領域產生重大影響。

自誕生以來，半導體產業一直競相將盡可能多的積體電路和其他功能整合到一塊晶片中，使每一代微處理器變得更小但更強大。過去幾年，EUV 微影技術佔據了領先地位，其由二氧化碳脈衝雷射器驅動EUV光源，從而將小至幾奈米的微電路蝕刻到先進晶片和處理器上。

但目前LLNL的研究表明，BAT雷射的工作波長可以實現更高的等離子體到EUV轉換效率。此外，與基於氣體的二氧化碳雷射裝置相比，BAT系統中使用的二極體泵浦固態技術可以提供更好的整體電氣效率和熱管理。這意味著在半導體生產中實施BAT技術將可望減少大量能耗。

根據Tom’s Hardware引用市場研究機構TechInsights的數據顯示，預計到2030年，半導體晶圓廠每年將消耗54,000吉瓦（GW）的電力，超過新加坡或希臘的年消耗量。因此，預期半導體產業將尋找更節能的技術來為未來的光刻系統提供動力。