ローレンス・リバモア国立研究所は、EUVツールで使用されるCO2レーザーよりも10倍効率が高く、何年も先にリソグラフィーシステムでCO2レーザーに取って代わる可能性があると言われているペタワット級のツリウムレーザーに取り組んでいます。
LLNL主導のこの取り組みでは、大口径ツリウム（BAT）レーザー技術を評価し、現在の業界標準であるCO2レーザーと比較してEUV光源効率を約10倍向上させます。この進歩は、より高速かつ低消費電力でチップを製造できる、新世代の「Beyond EUV」リソグラフィーシステムへの道を開く可能性があります。もちろん、BAT技術を半導体製造に導入するには、インフラの大幅な変更が必要となるため、実現までにどれくらいの時間がかかるかはまだ分かりません。現在のEUVシステムは数十年をかけて開発されてきたからです。
極端紫外線リソグラフィーの特徴の一つは、現行世代の低開口数EUVリソグラフィーシステムと次世代の高開口数EUVリソグラフィーシステムの消費電力が極めて高いことです。これらの装置はそれぞれ1,170キロワットと1,400キロワットを消費します。EUVリソグラフィー装置がこれほど膨大な電力を消費するのは、高エネルギーレーザーパルスを用いて微小な錫の液滴を（50万℃で）蒸発させ、13.5ナノメートルの光を発するプラズマを形成するためです。これらのパルスを毎秒数万回生成するには、大規模なレーザー設備と冷却システムが必要です。錫の液滴の生成と制御にも電力が必要です。
さらに、EUV光の空気による吸収を防ぐための真空条件も、全体的なエネルギー消費量を増加させます。さらに、EUV装置に搭載されている高度なミラーはEUV光の一部しか反射しないため、生産能力を向上させるにはレーザーの出力をさらに高める必要があります。
ローレンス・リバモア研究所の研究チームは、ツリウム添加イットリウムフッ化リチウムを基盤とし、ペタワット級の出力が可能なBATレーザーの技術が、既存のEUVツールのエネルギー効率を向上させるかどうかを検証しています。LLNLによると、約10ミクロンの波長で動作するCO2レーザーとは異なり、このシステムは約2ミクロンの波長で動作します。これにより、理論的には、スズ液滴との相互作用において、プラズマからEUVへの変換効率が向上します。また、BATシステムで使用されるダイオード励起固体技術は、ガスベースのCO2システムと比較して、全体的な電力効率と熱管理に優れています。
研究者らは当初、コンパクトで繰り返し率の高い BAT レーザー (さまざまな種類のパルスを使用) を EUV 光を生成するシステムと組み合わせて、2 ミクロンの波長でジュールレベルのパルスを発生するレーザーがスズ滴とどのように相互作用するかをテストすることを目指しています。
「この5年間、理論的なプラズマシミュレーションとレーザーの概念実証を行い、このプロジェクトの基礎を築いてきました」と、LLNLのレーザー物理学者ブレンダン・レーガン氏は述べています。「私たちの研究は既にEUVリソグラフィー業界に大きな影響を与えており、今、次のステップに進むことに興奮しています。」
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最新のEUV装置とファブの電力消費量に、業界アナリスト企業のTechInsightsは半導体ファブの電力消費量について警鐘を鳴らしています。これらのファブは2030年までに年間54,000ギガワット（GW）の電力を消費すると予測されており、これはシンガポールやギリシャの年間消費電力を上回る規模です。次世代のHyper-NA EUVリソグラフィが市場投入されれば、消費電力はさらに増加する可能性があります。そのため、業界は将来のEUV装置に電力を供給するために、より電力効率の高い技術の探求を続けると予想されます。
アントン・シロフはTom's Hardwareの寄稿ライターです。過去数十年にわたり、CPUやGPUからスーパーコンピュータ、最新のプロセス技術や最新の製造ツールからハイテク業界のトレンドまで、あらゆる分野をカバーしてきました。
