How are microchips made? - George Zaidan and Sajan Saini

Fordító: Peter Pallos Lektor: Reka Lorinczy

This is a computer chip, magnified 500 times.

Ez 500-szorosára nagyított számítógépcsip.

What you’re looking at is the top of a computing city,

Számítástechnikai központ felülnézete,

with distinct neighborhoods for different functions.

az egyes funkciókhoz más-más környezettel.

They’re linked by up to 100 kilometers of ultra-thin copper lines,

Akár 100 km ultravékony rézvezeték is kötheti össze őket,

running across 10 or more stacked levels.

amelyek legalább 10 egymásra halmozott szinten haladnak.

At the very bottom, billions of electronic devices

A legalsó részben elektronikus eszközök milliárdjai

generate the digital traffic that pulses across the chip.

a csipen keresztül bonyolítják le a lüktető digitális forgalmat.

The most common of these devices is called a transistor;

A leggyakoribb eszközt tranzisztornak nevezik.

it’s a switch that allows current to flow if it receives a voltage.

Ez kapcsoló, amely ha feszültséget kap, áram folyik át rajta.

Transistors can be as small as 20 nanometers,

A tranzisztorok 20 nanométeresek is lehetnek,

and more than 50 billion of them can fit on a single chip.

és 50 milliárdnál több férhet el belőlük egyetlen csipen.

Globally, we produce more than a trillion computer chips every year.

Világszerte évente több mint egybillió számítógépes csip készül.

That’s about 20 trillion transistors built every second,

Kb. 20 billió tranzisztor készül másodpercenként,

and it’s done in fewer than 500 fabrication plants, known as fabs.

és ez kevesebb mint 500 üzemben történik, ezeket fabnak nevezik.

How do we build so many tiny, intricately-connected devices,

Hogyan gyárthatunk annyi apró, bonyolultan összekapcsolt eszközt,

so incredibly fast?

ilyen hihetetlenül gyorsan?

The answer involves a technology called photolithography,

A válasz a fotolitográfia-technológia,

which helps us build all the devices on a chip simultaneously.

amellyel az összes eszközt egyszerre helyezzük fel a csipre.

It’s like constructing all the buildings in a city at the same time.

Olyan, mintha a város összes épületét egyszerre építenénk.

And with no tiny construction crews to help,

Nincs építőcsapatunk,

we build using light as a measuring and sculpting tool.

hanem fénnyel mint mérő- és szobrászati eszközzel építünk.

The process starts with a wafer of silicon,

A folyamat szilícium lapkával indul,

which is doused in solvents and acids to strip it clean before entering a furnace.

amelyet oldószerekbe és savakba mártanak,

hogy kemencébe helyezés előtt megtisztítsák.

Here, oxygen gas reacts with the wafer to form a layer of silicon dioxide.

Itt oxigén reagál a lapkával, és szilícium-dioxid réteget képez.

Then, a liquid called “photoresist” is spun on and baked to harden.

Majd a fotoreziszt nevű fényérzékeny folyadékot

centrifugálással felviszik és ráégetik.

Next, ultraviolet light selectively illuminates the wafer,

Maszkot vetítenek az UV-fénnyel megvilágított fotoreziszt rétegre.

by passing through or reflecting off a specialized mask.

In the lit areas, a reaction weakens the photoresist’s chemical bonds.

A megvilágított területen reakció gyengíti a fotoreziszt kémiai kötéseit.

The wafer is doused in another chemical to wash away that weakened photoresist,

A felesleges fotorezisztet előhívó oldattal öblítik le a lapkáról,

A folyadék azt oldja fel, amit UV-fény ért,

leaving an image of the mask.

így a mintázat előtűnik.

And an etching machine’s reactive gases remove the exposed oxide,

A fotoreziszt maszkkal nem védett anyagot

creating windows that drill the mask’s pattern down to the wafer surface.

a lapka felületéig eltávolítják.

An implanter then accelerates boron or phosphorus ions

Az implantátor ezután felgyorsítja a bór- vagy foszforionokat,

and slams them into the patterned openings.

és a reziszttel nem védett nyílásokba beülteti őket.

These atoms form electropositive or electronegative regions

Ezek az atomok elektropozitív vagy elektronegatív régiókat képeznek,

amelyek módosítják a szilícium vezetőképességét,

that change silicon’s conductivity,

creating the foundation of the transistor switch.

létrehozva a tranzisztorkapcsoló alapját.

The etched oxide windows, however, create hill-and-valley features.

De a maratott oxid ablakok hegy-völgy jellemzőt hoznak létre.

Before the next level of copper lines are added,

Mielőtt hozzáadnánk a rézvezetékek újabb rétegét,

this one’s uneven lines must be polished flat,

az egyenetlen vezetékeket atomos pontossággal

to near-atomic precision, using a sophisticated grinding process

kifinomult csiszolási eljárással laposra kell polírozni.

called chemical mechanical polishing, or CMP.

Ezt kémiai mechanikus polírozásnak vagy CMP-nek nevezik.

CMP uses a controlled slurry of sub-micron ceramic particles

A CMP szubmikronos kerámiarészecskékből álló szuszpenziót használ,

to gently scrape and flatten the bumpy features.

hogy finoman lekaparja és ellapítsa az egyenetlenségeket.

These fab tools, and many others, are used hundreds of times on a wafer,

E berendezéseket és más eszközöket több százszor használják egy-egy lapkán,

hogy tranzisztorokat hozzanak létre és kapcsoljanak össze logikai kapukba,

to create and link transistors into computing logic gates,

and to make connected neighborhoods for memory storage and computation.

továbbá összekapcsolt területek kialakítására,

tárolásra és számításokra.

Fabs run around the clock,

A fabok éjjel-nappal működnek,

and it takes about three months to transform a single wafer from pure silicon

és kb. három hónapig tart, amíg egyetlen lapkát

tiszta szilíciumból több száz csippé alakítanak át.

into hundreds of chips.

With this continuous operation,

A folyamatos működés közben

fabs consume huge amounts of electricity, water, solvents, acids, bases,

a fabok rengeteg villamos energiát, vizet, oldószert, savat, lúgot,

process gases, and precious metals.

feldolgozási gázokat és nemesfémeket fogyasztanak.

Wafers are processed in ultra-high purity tool chambers,

A lapkákat nagy tisztaságú kamrákban dolgozzák fel,

maintained by pumps running constantly,

amelyekben folyamatosan működő szivattyúkkal tartják fenn

to sustain a vacuum that resembles deep space.

az űrbélihez hasonló vákuumot.

High-temperature furnaces never turn off.

A magas hőmérsékletű kemencéket sosem kapcsolják ki.

Fab air handlers constantly expel filtered air

A fab légkezelők szűrt levegővel folyamatosan távolítják el

to corral dust and tiny particles away from wafers.

a lapkákról a port s az apró részecskéket.

This takes a lot of electricity.

Ez sok villamos energiát igényel.

The chemicals and purified water used in cleaning

A tisztító vegyi anyagok és tisztított víz

create nearly five gallons of waste per wafer run—

lapkánként kb. öt liter szemetet termel,

which needs to be filtered and pH treated.

amelyet szűrni és a pH-ját kezelni kell.

Meanwhile, CMP slurries are continually flushed with water

Közben a CMP-iszapot folyamatosan vízzel öblítik,

hogy a finom részecskék ne képezzenek törmeléket,

to keep their fine particles from forming chunks

that would tear apart the fragile copper lines.

amelyek a törékeny rézvezetékeket szétszakítanák.

This adds five times more liquid waste.

Ebből ötször több folyékony szemét keletkezik.

Fabs plow through vast amounts of nitrogen and helium gas to run their tools.

A fabok rengeteg nitrogént és héliumot használnak eszközeik működtetéséhez.

And other gases used and generated in these tools are greenhouse contributors.

A felhasznált és keletkező gázok pedig üvegházhatást okoznak.

To minimize their emission,

Kibocsátásuk minimalizálására

machines called scrubbers decompose and dissolve some gaseous byproducts

a mosógépek a gáznemű melléktermékeket

kezelhető szennyvízzé bontják le és oldják fel.

into treatable wastewater.

That uses more electricity, and more water.

Ehhez még több villamos energia és víz kell.

As computing complexity grows,

A számítási bonyolultság növekedésével

more copper and precious metals are needed to link up chips.

több réz és nemesfém kell a csipek összekapcsolásához.

And new problems arise:

Új nehézségek merülnek fel:

today, PFAS-based photoresists are essential to make ever-smaller features.

a PFAS-alapú fotorezisztek meghatározók az egyre kisebb elemek előállításához.

But PFAS waste in the environment is ending up in our bodies,

De a környezetben lévő PFAS-szemét

szervezetünkbe kerülve káros lehet.

and it may be harmful.

Computer chips are modern marvels that have transformed our world—

A világunkat átalakító számítógépes csipek modern csodák,

and the factories that build them are themselves engineering wonders.

és az őket gyártó üzemek maguk is mérnöki csodák.

But as our demand for chips accelerates,

De a csipek iránti kereslet felgyorsulásával

their fabrication is hitting hard sustainability limits.

gyártásuk szigorú fenntarthatósági határokba ütközik.

Already, some places are beginning to ration water to farmers,

Helyenként a gyárak üzemeltetése miatt

in favor of running fabs.

a vizet már adagolják a gazdáknak.

For the sake of the future of computing and our environment,

A számítástechnika jövője és környezetünk érdekében

tomorrow’s leaner, cleaner, and greener fabs

a holnap takarékosabb, tisztább és zöldebb gyárainak

will need to run even smarter than the very chips they build.

a gyártott csipjeiknél még okosabban kell majd működniük.