Sistema de laser BAT de última geração dos EUA visa aumentar em 10 vezes a eficiência da produção de chips EUV

O Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) está desenvolvendo um sistema de laser de classe petawatt que poderia aumentar significativamente a eficiência do equipamento de litografia EUV usado na fabricação de chips. Conhecida como laser Big Aperture Thulium (BAT), essa tecnologia visa atingir aproximadamente dez vezes a eficiência dos lasers de CO2 que atualmente dominam o setor.

Essa iniciativa faz parte de um novo projeto de quatro anos e US$ 12 milhões do Extreme Lithography & Materials Innovation Center (ELMIC), apoiado pelo programa Microelectronics Science Research Centers do Departamento de Energia. Trata-se de um esforço de equipe, com contribuições do SLAC National Accelerator Laboratory, da ASML San Diego e do Advanced Research Center for Nanolithography (ARCNL).

O laser BAT utiliza fluoreto de ítrio e lítio dopado com túlio como meio de ganho. Ele funciona em um comprimento de onda de cerca de 2 mícrons - uma grande diferença em relação aos potentes lasers atuais, que normalmente operam em torno de 1 mícron ou 10 mícrons. Esse novo comprimento de onda poderia produzir uma conversão mais eficiente de plasma para EUV quando atinge gotículas de estanho no processo de litografia.

Atualmente, os sistemas de litografia EUV consomem muita energia - até 1.400 quilowatts para ferramentas EUV de alto NA. A maior parte dessa energia é usada para aquecer as gotículas de estanho a 500.000°C para criar o plasma que emite a luz necessária de 13,5 nanômetros. Usando a tecnologia de estado sólido bombeada por diodo, o laser BAT pode melhorar a eficiência energética e o gerenciamento de calor em comparação com os lasers de CO2 atuais.

O físico de laser Brendan Reagan e o físico de plasma Jackson Williams, que são co-investigadores principais, estão liderando o projeto. Sua pesquisa se baseia em cinco anos de simulações de plasma e testes iniciais de prova de conceito que já chamaram a atenção da comunidade de litografia EUV.

Todos os testes serão realizados no Jupiter Laser Facility do LLNL, que acabou de concluir uma grande atualização de quatro anos. Essa instalação faz parte da LaserNetUS, uma rede de laboratórios de laser de alta potência em toda a América do Norte, financiada pelo Escritório de Ciência do Departamento de Energia.

Embora a tecnologia de laser BAT possa acelerar a produção de chips e reduzir o consumo de energia, sua implementação no setor de semicondutores será um grande desafio. Isso exigiria mudanças significativas na infraestrutura existente, e esse tipo de transição provavelmente não ocorrerá da noite para o dia. Afinal, os sistemas EUV atuais levaram décadas para passar do conceito à produção total.