EUV-laser och EUV-litografi: definition, tillämpningar, exempel

På grund av den ständigt ökande digitaliseringen är tekniken och ekonomin beroende av ständiga framsteg. Ett av de viktigaste områdena är datorprestanda. En stark datorprestanda möjliggör bättre autonom körning, mobila enheter och framsteg inom artificiell intelligens. Utmaningen när det gäller förbättring är att placera allt fler transistorer på små chips.

Hur den innovativa tekniken fungerar

Det finns för närvarande 10 miljarder transistorer på små mikrochips i smartphones. Dessa har redan en miljon gånger större beräkningskraft än den dator som användes för att landa på månen 1969. I början av 1970-talet innehöll mikrochips av samma storlek cirka 2 000 transistorer. Gordon Moore, medgrundare av Intel, förutspådde 1965 att antalet transistorer i chip skulle fördubblas vartannat år. Under de följande decennierna visade det sig att han hade rätt. Denna lag blev känd som ”Moores lag”. Men de steg som leder till förbättringar blir efter en viss tid alltmer komplicerade i exponentiella steg.

Mikrochips har tillverkats i 40 år med hjälp av optisk litografiteknik. Strukturer av elektroniska komponenter överförs från en mask till en kiselskiva. Processen upprepas cirka 100 gånger med olika masker. Resultatet är en tredimensionell struktur av ledare och transistorer. En skarp bild av små strukturer är beroende av små våglängder och stora öppningsvinklar i optiken.

Under de senaste åren har denna process nått sina gränser på grund av de ökande kraven från teknik och näringsliv. EUV-litografi erbjuder nya möjligheter och kan tänja på dessa gränser, vilket är särskilt intressant för de största elföretagen i Tyskland. Enkelt uttryckt består ett EUV-litografisystem av tre viktiga komponenter: En strålningskälla med restskydd och en kollektor, en skiva med fotoresist och en avbildningsoptik och mask. Den nya processen använder andra våglängder och fokuserar på starkt ultraviolett ljus som strålningskälla. Ultraviolett ljus har en mycket kort våglängd. Dessutom gör orienteringen mot sofistikerad optik och spegelsystem det möjligt att återge små strukturer. Kollektorn fungerar som en optik som samlar in strålningen så att den kan utnyttjas för exponeringsprocessen. Strålningen reflekteras sedan mot litografisystemet. Ett ASLM-system exponerar mer än 170 wafers per timme. Lacket struktureras exakt med hjälp av en optisk mask på wafers. Detta gör det möjligt att skapa de finaste strukturerna med sju nanometer. Följande jämförelse illustrerar detta: det konventionella systemet arbetade med ljusbågar på 193 nanometer, medan EUV-litografi arbetar i intervallet 13,5 nanometer. EUV-litografi producerar mikrochips som innehåller tio miljarder transistorer men som bara är lika stora som en fingernagel.

Tekniken är inte bara framtidsorienterad och utrymmesbesparande utan också energieffektiv. Jämfört med den äldre tekniken med en våglängd på 193 nanometer kräver den nya processen 50 procent mindre energi. Effektiviteten i fråga om utrymmesanvändning har förbättrats med 40 procent.

Tillämpningsområden och exempel på EUV-litografi

Den ständiga utvecklingen av datorprestanda kan garantera att allt mindre och snabbare kretsar tillverkas. Särskilt sektorer som ekonomin gynnas av effektivare tillverkningsprocesser.

I vägtrafiken kan det snabbt uppstå oförutsägbara och farliga situationer. På lång sikt är autonom körning en möjlighet att förbättra säkerheten. Här är det viktigt att programvaran inte bara kan bromsa och styra automatiskt. Programmen måste kunna bedöma situationer självständigt för att kunna agera förutseende och känna igen potentiella faror. Denna typ av autonom körning är ännu inte standard i dagens vägtrafik. EUV-teknik är dock ett lovande sätt att permanent förverkliga och förbättra sådana projekt. Viktigt för automatiserad körning är kameror och sensorer som hjälper till att utvärdera situationer. Miljön registreras och analyseras i detalj. Ny information jämförs med en lagrad databas för att beräkna ett lämpligt svar. Förbättrade mikrochips kan skapa allt större databaser och bearbeta den stora mängden information snabbt. Detta förbättrar reaktionshastigheten och precisionen.

EUV-laser möjliggör moderna smartphones och alla specialfunktioner som de innehåller. Mobiltelefoner har blivit allt säkrare mot stöld i och med införandet av ansiktsigenkänning. Olika särskilda egenskaper hos ansiktet överförs från frontkameran till smarttelefonen, t.ex. avståndet från det ena ögat till det andra. Det inbyggda programmet jämför de mottagna uppgifterna med den lagrade informationen och låser upp mobiltelefonen om ägaren kan identifieras. Det faktum att chipen har blivit allt mer kraftfulla under de senaste åren har bidragit till att ansiktsigenkänningen har förbättrats avsevärt. Liknande program används till exempel på flygplatser.

Inom olika tjänstesektorer används röstassistenter och chatbots för att förenkla arbetet. Dessa artificiella intelligenser används till exempel inom kundtjänsten. Programmen erbjuds på webbplatser och kan svara på konsumenternas frågor. Om programvaran inte kan hitta ett lämpligt svar i databasen behövs riktiga medarbetare. EUV-teknik möjliggör förbättrade chatbots och AI. Genom förbättringar kan programmen känna igen och korrekt tolka eventuella tvetydiga ord. Även felstavade ord kan kännas igen och matchas korrekt. Ökad datorkraft möjliggör allt större databaser som AI kan använda för att uppnå bättre resultat.

Tilldelas det tyska framtidspriset

Den 25 november 2020 tillkännagavs vinnarna av Deutscher Zukunftspreis 2020 i Berlin. Vid en officiell ceremoni hedrades vinnarna i projektet ”EUV Lithography – New Light for the Digital Age” av förbundspresident Frank-Walter Steinmeier. Expertgruppen under ledning av Peter Kürz, Michael Kösters och Sergiy Yulin tilldelades priset inom teknik och innovation.

Det tyska framtidspriset, ett av de viktigaste vetenskapliga priserna i Tyskland, har delats ut sedan 1997. Fokus ligger på att hedra produkter som är redo att användas inom teknik, ingenjörskonst och naturvetenskap. När juryn delar ut priset fokuserar den också på de innovativa projektens sociala och ekonomiska potential. Endast tre lag och deras innovationer väljs ut varje år.

Photo by Artem Bryzgalov on Unsplash