Stempelen voor de beste chips

Met een relatief simpele stempeltechniek kunnen componenten van computerchips veel kleiner worden uitgevoerd. Alleen slijtage kan een probleem worden...

IN EEN artikel in Nature deze week (20 juni) schrijven drie onderzoekers van de Amerikaanse Princeton universiteit dat details op chips van 10 nanometer, vijfduizend keer dunner dan een haar, kunnen worden gereproduceerd met een relatief simpele stempeltechniek.

Het idee is vergelijkbaar met het maken van een lakzegel. Door een plak silicium met een laser te belichten smelt het bovenste laagje. Daar wordt vervolgens met een doorzichtige stempel van kwarts een patroon in gedrukt.

'Zeer interessant', zegt dr. Maarten Buijs, die als onderzoeker bij Philips ook bezig is met druktechnieken, maar dan op iets grotere schaal. 'Vooral de eenvoud springt in het oog. Het past allemaal prachtig in elkaar.' Het klassieke chipmateriaal silicium blijkt net de juiste stroperigheid te bezitten voor de stempeltechniek. Daardoor kan de aandrukkracht worden beperkt, en blijft er geen materiaal aan het stempel plakken. Bovendien droogt het silicium razendsnel, belangrijk voor industriële toepassingen.

In de proefopstelling gebruikten de Amerikanen een vierkant plakje silicium van anderhalve bij anderhalve millimeter, waardoor het precies in een laserbundel past en in één keer smelt. Het smelten, drukken en stollen kost ongeveer 250 nanoseconden, zodat de procedure vier miljoen keer per seconde kan worden uitgevoerd.

De onderzoekers, die hun techniek Laser assisted direct imprint (LADI) hebben gedoopt, drukten een soort traliewerk in het silicium met lijnen van iets meer dan 100 nanometer hoog en breed. Maar ook details in het stempel, ter grootte van 10 nanometer, kwamen terug in de afdruk.

Dat is tien keer zo klein als met de huidige chip-fabricagetechnieken wordt gehaald. Daarmee is de drukmethode een veelbelovende kandidaat om de geldigheid van de zogeheten Wet van Moore nog met enige jaren te verlengen.

Die 'wet', meer een orakelspreuk, stamt uit 1968 en is afkomstig uit de mond van Intel-pionier Gordon Moore. Die voorspelde dat het aantal transistors op een computerchip periodiek zou verdubbelen. Sindsdien is dat elke anderhalf jaar gebeurd.

Dat was mogelijk dankzij de lithografie, een op licht gebaseerde techniek om patronen te etsen in plakjes silicium, de basis van computerchips.

Steeds kortgolviger licht maakte steeds kleinere details mogelijk. Daardoor zijn de machines, onder meer van het Nederlandse AMSL, wel steeds complexer en duurder geworden.

Momenteel studeert het bedrijf met TNO en Philips op 'extreem ultra-violet' licht, dat dankzij een golflengte van 13 nanometer zeer kleine details zou kunnen maken. Het onderzoek vordert echter langzaam.

Onderzoeker Buijs vindt de nieuwe techniek veelbelovend, maar plaatst enkele kanttekeningen. 'De nauwkeurigheid van het stempel is een beperkende factor. Daarnaast is het een contacttechniek, en dat betekent slijtage. Lithografie heeft daar geen last van. Ook vormt de betrouwbaarheid een uitdaging. Je kunt je geen fouten permitteren.'

De nieuwe techniek hoeft volgens hem geen bedreiging te vormen voor ASML. 'Het positioneren en uitlijnen van het silicium blijft belangrijk. En juist daarmee is ASML groot mee geworden.'

Meer over