Лазеры на свободных электронах обещают прорыв в микроэлектронике
Не секрет, что производители процессоров упёрлись в технологические пределы. Если раньше каждое уменьшение проектных норм (читай: минимальных размеров элементов на литографических шаблонах) позволяло увеличить количество транзисторов на пластине на 20–30%, то сейчас корпорация Intel отлаживает технологию, которая даст лишь 6-процентную прибавку. Это значит, что каждая новая фабрика, которая обойдётся корпорации в десятки миллиардов долларов, будет окупаться очень долго, если вообще окупится.
Проблема не только в том, что системы позиционирования пластин должны при засветке фоторезиста экстремальным ультрафиолетом (EUV) через маску обеспечивать беспрецедентную точность, исчисляемую в ангстремах (десятых долях нанометра). Источник ультрафиолетового излучения с длиной волны 13,5 нм, который сегодня используется в передовых литографических машинах компании ASML, имеет крайне низкую энергетическую эффективность, исчисляемую малыми долями процента. А компания ASML – фактический монополист в производстве литографических машин.
Только представьте: для генерации EUV мощные газовые лазеры буквально взрывают капли олова в вакууме. Мало того, что сами лазеры имеют скромный КПД. Их энергия уходит на создание плазмы с безумной температурой – порядка 200 тысяч градусов! Когда составляющие эту плазму возбуждённые ионы олова переходят в низкоэнергетическое состояние, они излучают фотоны с длиной волны 13,5 нм. Образующийся свет собирается зеркалами и направляется в литограф.
Из-за низкой энергетической эффективности газовых лазеров и из-за рассеяния интенсивность EUV-света оказывается ограниченной, поэтому операции засветки фоторезиста длятся долго, что, в свою очередь, ограничивает производительность литографической машины. Срок окупаемости дорогущего технологического оборудования затягивается. Как назло, само оборудование устроено так, что при малейших колебаниях фундамента экспонирование приостанавливается (чтобы не испортить микросхемы). Условно говоря, пока мимо полупроводниковой фабрики проезжает тяжело гружёный автопоезд, установка простаивает.
Тем временем развитие искусственного интеллекта (ИИ) требует всё больших генерирующих мощностей для питания строящихся центров обработки данных, а им нужно всё больше процессоров, выпускаемых по новейшим полупроводниковым технологиям.
Как видите, тупик, в который попала микроэлектроника, образован не только прецизионной механикой и оптикой, он ещё и энергетический.
Один из способов выхода из тупика – применение для экспонирования когерентного источника света, который будет более энергоэффективен и не потребует тончайшей фокусировки зеркалами, изготовленными с нанометровой точностью. Речь – о лазерах на свободных электронах, используемых в научных исследованиях. Посмотрите видео на эту тему.
Поясним: в нынешних литографических машинах ASML длина волны определяется характеристиками ионов олова и не допускает настройки. Приятно отметить, что лазер на свободных электронах позволяет настраивать длину излучаемой волны, просто меняя конфигурацию магнитов.
Увы, переход на лазеры позволяет смягчить проблему, но не решает её кардинальным образом. Здесь перспективнее выглядит применение энергоустановки SunCell, запатентованной Рэнделлом Миллсом. Как мы уже сообщали (см. здесь), SunCell генерирует энергию в форме как раз экстремального ультрафиолета, который нужно преобразовать в электрический ток. Это – возможность вырабатывать и EUV, и электрическую энергию для питания литографических машин.
Теги: искусственный интеллект не требует энергетических жертв, наука – полупроводниковому производству, как продлить действие закона Мура.
______________________________
Спасибо за ваши комментарии и лайки. Нам важно, что вы нас читаете.