Tien keer beter: Revolutionaire nieuwe chipproductie kan energie en geld besparen

Voor de productie van minuscule structuren van huidige en toekomstige computerchips wordt licht gebruikt dat, met een golflengte van iets meer dan 10 nanometer, al neigt naar röntgenstraling. Om precies te zijn is dit extreem ultraviolet licht, of kortweg EUV.

Net als bij röntgenstraling levert dit een cruciaal probleem op. De extreem hoogenergetische straling dringt door bijna elk materiaal heen, helaas ook door de spiegels die nodig zijn voor lithografie, waarmee het licht nauwkeurig wordt gericht om elektronische schakelingen te verkrijgen.

Van het laserlicht dat door een CO2 laser wordt uitgezonden, bereikt uiteindelijk slechts 2 procent van de energie de wafer. Er is dus nog veel potentieel voor verbetering.

De gevolgen zijn veelzijdig

Op het Okinawa Institute of Science and Technology werd een methode gepresenteerd om de vorige, zeer inefficiënte technologie te vervangen. Omdat EUV-licht niet gewoon gericht kan worden met conventionele optische apparaten, zijn er ingewikkelde opstellingen met halvemaanvormige spiegels nodig, waarvoor meestal tien reflecties nodig zijn.

Elke reflectie vermindert de energie van het licht aanzienlijk. Het lijkt daarom niet meer dan logisch om deze opstelling radicaal te reduceren tot slechts twee spiegels. Deze vereenvoudiging wordt onder andere mogelijk gemaakt door twee parallelle, niet op elkaar inwerkende lichtbronnen, die beide vanuit tegenovergestelde hoeken op het fotomasker voor lithografie schijnen.

Beide spiegels hebben een gat in het midden om dezelfde precisie van het laserlicht te bereiken als bij de vorige methode. Op dit moment zou een resolutie van 10 nanometer mogelijk moeten zijn. Met verdere optimalisaties zouden 7 nanometer en uiteindelijk 5 of 2 nanometer denkbaar zijn.

De energiebesparingen als gevolg van deze vereenvoudiging zijn aanzienlijk. In plaats van een laser van 200 watt is er slechts 20 watt vermogen nodig. Dat zou een tiende zijn van het vermogen dat voorheen nodig was, waardoor het vermogen dat nodig is voor een hele chipfabriek teruggebracht zou worden van ongeveer 1 megawatt naar 100 kilowatt.

Volgens het document zijn er nog meer besparingen mogelijk. Kleinere, zwakkere lasers zijn natuurlijk goedkoper om te produceren, maar ook goedkoper om te onderhouden. Dit geldt ook voor de hele verdere constructie.

De kosten voor elektriciteit, technologie en bediening zouden aanzienlijk verlaagd kunnen worden, wat betekent dat computerchips ook lokaal geproduceerd zouden kunnen worden, weg van de enorme fabrieksfaciliteiten. Chipcrises met merkbare knelpunten in de levering, zoals die zich onlangs tussen 2020 en 2022 voordeden, zouden dan veel minder realistisch zijn.