Zehnmal besser: Revolutionäre neue Chip-Produktionstechnik könnte Energie und Geld sparen

Für die Herstellung winziger Strukturen aktueller und zukünftiger Computerchips wird Licht verwendet, das mit einer Wellenlänge von knapp über 10 Nanometern bereits zur Röntgenstrahlung tendiert. Genauer gesagt handelt es sich dabei um extrem ultraviolettes Licht, kurz EUV.

Wie auch beim Röntgen stellt dies ein entscheidendes Problem dar. Die extrem energiereiche Strahlung durchdringt nahezu jedes Material, leider auch die für die Lithographie benötigten Spiegel, mit denen das Licht gezielt gelenkt wird, um die elektronischen Schaltkreise zu erhalten.

Von dem von einem CO2-Laser emittierten Laserlicht erreichen letztendlich nur 2 Prozent der Energie den Wafer. Es gibt also viel Verbesserungspotenzial.

Die Konsequenzen sind vielfältig

Am Okinawa Institute of Science and Technology wurde eine Methode vorgestellt, um die bisherige, sehr ineffiziente Technologie zu ersetzen. Da EUV-Licht nicht einfach mit herkömmlichen optischen Geräten gelenkt werden kann, sind komplizierte Anordnungen mit halbmondförmigen Spiegeln erforderlich, die typischerweise zehn Reflexionen erfordern.

Jede Reflexion reduziert die Energie des Lichts deutlich. Daher erscheint es nur logisch, diesen Aufbau radikal auf nur zwei Spiegel zu reduzieren. Möglich wird diese Vereinfachung unter anderem durch zwei parallele, nicht wechselwirkende Lichtquellen, die beide aus entgegengesetzten Winkeln auf die Fotomaske für die Lithographie strahlen.

Beide Spiegel haben in der Mitte ein Loch, um die gleiche Präzision des Laserlichts wie bei der vorherigen Methode zu erreichen. Derzeit soll eine Auflösung von 10 Nanometern möglich sein. Mit weiteren Optimierungen wären 7 Nanometer, eventuell 5 oder 2 Nanometer denkbar.

Die durch diese Vereinfachung resultierenden Energieeinsparungen sind erheblich. Statt eines 200-Watt-Lasers werden nur 20 Watt Leistung benötigt. Das wäre ein Zehntel des bisherigen Strombedarfs, wodurch sich der Strombedarf einer ganzen Chipfabrik von rund 1 Megawatt auf 100 Kilowatt reduzieren würde.

Dem Papier zufolge gäbe es weitere Einsparungen. Kleinere, schwächere Laser sind natürlich günstiger in der Herstellung, aber auch günstiger im Unterhalt. Dies gilt auch für den gesamten weiteren Aufbau.

Die Kosten für Strom, Technik und Betrieb könnten deutlich gesenkt werden, sodass Computerchips auch abseits riesiger Fabrikanlagen vor Ort produziert werden könnten. Chipkrisen mit spürbaren Lieferengpässen, wie sie jüngst zwischen 2020 und 2022 aufgetreten sind, wären dann deutlich weniger realistisch.

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