Imec maakt kleinste chipstructuur ooit met nieuwe machine ASML

Groot nieuws vanuit Leuven: Het onderzoekscentrum imec is erin geslaagd om chips te ontwikkelen met de nieuwste machines van ASML. In heel technische bewoordingen zet het bedrijf uiteen wat dat precies inhoudt: willekeurige logische structuren kan het nu “printen” met een grootte van slechts 9,5 nm, met een pitch van 19 nm. In mensentaal: de transistoren op de nieuwe chips zijn kleiner, en zitten veel dichter op elkaar dan met de huidige technologie. Dat maakt dat de volgende generatie chips efficiënter wordt.

Ook op andere vlakken boeken imec en ASML vooruitgang. DRAM-structuren print het nu op P32nm, random vias met 30 onderlinge afstand. Dat zijn allemaal structuren die vandaag al op je processor aanwezig zijn, maar daar zijn ze iets groter en zitten iets verder van elkaar verwijderd. Dankzij een nieuwe techniek, High-NA EUV-lithografie, is het mogelijk om dat allemaal kleiner en dichter op elkaar te zetten.

High NA

Moderne chips worden al gemaakt met de EUV-techniek. Daarbij wordt begonnen met een zogenaamde ‘wafer’, een volledig effen plak sillicium. Om chips te maken, worden de chips blootgesteld aan licht met een extreem hoge golflengte, ‘extreem ultraviolet licht’. Op die manier is het mogelijk om structuren uit die plak sillicium weg te etsen. Uiteindelijk blijven er allerlei transistoren en logische schakelingen over, die de chip in staat stellen om zijn werk te doen.

Het is goed nieuws dat imec de schaal waarop dat gebeurt nu verder verkleint. Elke transistor heeft namelijk een bepaalde hoeveelheid stroom nodig om te werken. De hoeveelheid stroom dat ze nodig hebben wordt bepaald door de grootte van die transistor: hoe groter die is, hoe meer stroom die verbruikt. Door de structuren op de chips kleiner te maken, kunnen die eenzelfde rekenkracht bieden en tegelijkertijd minder energie verbruiken. Hou je het energieverbruik constant, dan is het mogelijk om sterkere chips te maken met de nieuwe technologie.

Hoe dat mogelijk is? Dankzij de toevoeging “High NA”, die staat voor ‘High numerical aperture’. Bij een fototoestel beregelt de “aperture”-instelling hoeveel licht er op de sensor terecht komt. Bij een lage aperture of sluiting kan er veel licht binnen, bij een hoge aperture veel minder. Voor chipmachines werkt dat ongeveer hetzelfde, maar dan op miniscule schaal. Dat er minder licht binnenkomt, zorgt ervoor dat er veel nauwkeurig gewerkt kan worden.

Enkelvoudige blootstelling

Naast de schaalverkleining wist imec ook op een andere manier te innoveren. Met de nieuwe chipmachines van ASML is het mogelijk om logische structuren te etsen met een eenmalige blootstelling aan licht. Nu moeten de wafers nog meerdere keren belicht worden om stukken goed weg te etsen, maar dat is niet langer het geval. De uitkomst: het kost minder stappen en minder tijd om chips te maken. Daardoor verwacht imec dat de ‘yield’ of opbrengst hoger zal liggen. Op zich is het niet ongewoon dat chips mislukken, maar dat zou met de nieuwe techniek veel minder het geval zijn.

Wat met chips van 3nm en kleiner?

Hoe het zit met TSMC en Intel, die inmiddels chips produceren op de 5nm- of 3nm-node? Ook zij kijken met grote ogen naar deze ontwikkeling. De 2nm-procesnode verwijst namelijk niet naar de grootte van structuren op de chip, maar naar een specifiek productieproces en de specificaties daarvan. Die zijn op dit moment groter dan wat imec en ASML hier laten zien. De termen die chipfabrikanten gebruiken, dienen vooral voor de marketing. De kleinere cijfertjes moeten duidelijk maken dat de chipstructuren kleiner en efficiënter geworden zijn. Dat is ook telkens zo, maar niet in de mate dat de fabrikanten voorstellen. Aan 2nm zijn fabrikanten nog lang niet toe: kleiner dan wat imec en ASML hier laat zien, is nog nooit eerder gelukt.