Taj zadivljujući tehnološki napredak proizlazi iz sposobnosti da tranzistore činimo sve manjima.

Svaki tranzistor mikroskopski je prekidač koji može mijenjati stanje između jedinice i nule, osnovnog jezika računarstva. Milijarde tranzistora pakirane su na sićušnim silicijskim čipovima, odnosno poluvodičima. Što više tranzistora stane na čip, to više logičkih i memorijskih sklopova sadrži — i to više može učiniti.

Napredni poluvodiči vjerojatno su najvažnija tehnologija na svijetu. Svi koji ih proizvode ovise o nizozemskoj tvrtki ASML, koja izrađuje jedine strojeve na svijetu sposobne za uzorkovanje (litografiju) tranzistora na čipovima s preciznošću potrebnom za smještaj milijardi elemenata na pločicu promjera 30 centimetara.

Takvi su strojevi otprilike veličine dvokatnih autobusa. Za prijevoz jednog potrebno je 40 teretnih kontejnera, tri teretna zrakoplova i 20 kamiona. To su najsloženiji strojevi na svijetu: svaki sadrži više od sto tisuća komponenti, koje moraju biti savršeno kalibrirane kako bi sustav dosljedno proizvodio svjetlost točno određene valne duljine.

Neka bude svjetlost

Ključ uspjeha ASML-a tehnologija je nazvana fotolitografija (ili jednostavno litografija). Riječ je o postupku prijenosa uzorka na poluvodičku pločicu pomoću svjetlosti.

Pedesetih godina 20. stoljeća prvi su proizvođači čipova pokušavali ručno crtati uzorke, no svaki fizički kontakt s pločicom uzrokovao bi ogrebotine, onečišćenja ili deformacije. Znanstvenici iz Bell Labsa i američke vojske neovisno su shvatili da svjetlost može poslužiti za „ispisivanje” identičnih uzoraka bez fizičkog dodira.

U proizvodnji čipova proces započinje tankom pločicom poluvodičkog materijala, najčešće silicija. Pločica se premazuje kemikalijom zvanom fotorezist, koja reagira na svjetlost. Tijekom fotolitografije svjetlost se projicira kroz precizan uzorak na pločicu, omekšavajući izložena područja. Pločica se zatim ispire kako bi se uklonili omekšani dijelovi i otkrio silicij ispod.

Slijedi jetkanje, pri čemu se pločica izlaže nabijenim česticama klora ili broma koje urezuju željeni uzorak u silicij. Nastale strukture kasnije se ispunjavaju metalima, poput volframa i bakra, kako bi se tranzistori povezali s napajanjem. Ti slojevi potom se slažu u složenu mrežu tranzistora.

S vremenom je industrija razvila sve sofisticiranije tehnike jetkanja koristeći sve kraće valne duljine svjetlosti. Kraće valne duljine manje se difraktiraju, što omogućuje svjetlosti da putuje ravnijim putanjama i stvara oštrije, sitnije detalje bez zamućenja. Time se postižu precizniji uzorci i gušće pakiranje tranzistora.

Rana litografija oslanjala se na živine lampe slične uličnim svjetiljkama, dok se moderni sustavi koriste laserima temeljenima na argonu i fluoru. Do 2010. takvi su laseri omogućili stvaranje struktura veličine 22 nanometra, koristeći valnu duljinu od 193 nanometra uz višestruke ekspozicije.

Ekstremna ultraljubičasta litografija

Najnaprednija verzija ove tehnologije, ekstremna ultraljubičasta litografija (EUV), koristi se za izradu najmanjih čipova. Najnapredniji među njima 2025. godine proizvodili su se u tehnologiji od tri nanometra — otprilike 25.000 puta tanjoj od ljudske vlasi.

U tom procesu kapljica tekućeg kositra ubrizgava se u komoru i pogađa slabijim laserskim pulsom, koji je spljošti. Zatim drugi, snažniji puls isparava kositar i stvara iznimno vruću plazmu koja emitira svjetlost potrebne, vrlo kratke valne duljine.

Ta se svjetlost zatim usmjerava nizom iznimno preciznih, blago konkavnih zrcala. Njihova je površina toliko savršena da bi, kada bi se povećala na veličinu Njemačke, nepravilnosti iznosile tek nekoliko milimetara. Zrcala se koriste jer gotovo svi materijali apsorbiraju svjetlost na tim valnim duljinama, pa klasične leće nisu primjenjive.

Svjetlost potom pada na masku s uzorkom koji se prenosi na čip. Budući da je uzorak na maski veći od konačnog, dodatni sustav zrcala postupno ga smanjuje, pritom ga održavajući u fokusu. Nakon višestrukog „sažimanja”, uzorak se smanjuje otprilike četiri puta i projicira na pločicu.