Dziesięć razy lepiej: Rewolucyjna produkcja nowych chipów może zaoszczędzić energię i pieniądze

Do produkcji maleńkich struktur obecnych i przyszłych chipów komputerowych wykorzystuje się światło, którego długość fali wynosi nieco ponad 10 nanometrów, co już teraz skłania się ku promieniowaniu rentgenowskiemu. Mówiąc dokładniej, jest to światło ekstremalnie ultrafioletowe, w skrócie EUV.

Podobnie jak w przypadku promieniowania rentgenowskiego, stanowi to istotny problem. Promieniowanie o ekstremalnie wysokiej energii przenika przez prawie każdy materiał, niestety również przez lustra wymagane do litografii, za pomocą których światło jest precyzyjnie kierowane w celu uzyskania obwodów elektronicznych.

Ze światła laserowego emitowanego przez laser CO2, tylko 2 procent energii ostatecznie dociera do płytki. Istnieje więc duży potencjał do poprawy.

Konsekwencje są wszechstronne

Na stronie Okinawa Institute of Science and Technology zaprezentowano metodę zastąpienia poprzedniej, bardzo nieefektywnej technologii. Ponieważ światło EUV nie może być po prostu kierowane za pomocą konwencjonalnych urządzeń optycznych, wymagane są skomplikowane układy z lustrami w kształcie półksiężyca, które zazwyczaj wymagają dziesięciu odbić.

Każde odbicie znacznie zmniejsza energię światła. Wydaje się zatem logiczne, aby radykalnie zredukować tę konfigurację do zaledwie dwóch luster. Uproszczenie to jest możliwe między innymi dzięki dwóm równoległym, nie oddziałującym ze sobą źródłom światła, z których oba świecą na fotomaskę do litografii pod przeciwnymi kątami.

Oba lustra mają otwór w środku, aby osiągnąć taką samą precyzję światła laserowego jak w poprzedniej metodzie. Obecnie powinna być możliwa rozdzielczość 10 nanometrów. Wraz z dalszymi optymalizacjami możliwe będzie uzyskanie 7 nanometrów, a ostatecznie 5 lub 2 nanometrów.

Oszczędność energii wynikająca z tego uproszczenia jest znaczna. Zamiast 200-watowego lasera, wymagane jest tylko 20 watów mocy. Byłaby to jedna dziesiąta poprzedniego zapotrzebowania na moc, co zmniejszyłoby moc wymaganą dla całej fabryki chipów z około 1 megawata do 100 kilowatów.

Według artykułu, możliwe byłyby dalsze oszczędności. Mniejsze, słabsze lasery są oczywiście tańsze w produkcji, ale także tańsze w utrzymaniu. Dotyczy to również całej dalszej konstrukcji.

Koszty energii elektrycznej, technologii i eksploatacji mogłyby zostać znacznie zmniejszone, co oznacza, że chipy komputerowe mogłyby być również produkowane lokalnie, z dala od ogromnych fabryk. Kryzysy chipowe z zauważalnymi wąskimi gardłami w dostawach, takie jak te, które ostatnio miały miejsce w latach 2020-2022, byłyby wówczas znacznie mniej realistyczne.