Chips worden kleiner onder water

Herbert Blankesteijn

Verheugend nieuws uit de hoek van de miniaturisatie. Met toepassing van een betrekkelijk eenvoudig principe kunnen de details op een chip aanzienlijk kleiner worden gemaakt. Daarmee wordt op een goedkope manier een complete generatie chips gewonnen.

De eenvoudige ingreep is: maak de chips onder water. Het idee is afkomstig van het Rochester Institute of Technology, een technische universiteit in de staat New York.

Bij het maken van chips is de hoofdrol voor een fotografisch proces, waarbij de 'plattegrond' van de chip sterk verkleind op het silicium wordt geprojecteerd. De details op de chip kunnen om natuurkundige redenen niet kleiner worden dan de helft van de golflengte van het gebruikte licht. Toen de techniek van de geïntegreerde circuits jong was, kon jaarlijks terrein worden gewonnen door de optische systemen scherper te maken. Maar nu is al een aantal jaren de golflengte van het licht de cruciale factor. Kleinere chips kunnen alleen nog worden gemaakt door lichtbronnen met een kortere golflengte te zoeken en te leren beheersen. Intussen zijn de chipmakers, zoals Intel, AMD, IBM en Motorola in hun productie toe aan licht met een golflengte van 193 nanometer (een nanometer is een miljoenste mm) en aan details van 90 nm. Ze experimenteren al met licht van 130 nm en details van 65 nm.

De berichtgeving op internet is nogal verward. Er wordt gesproken van de lenswerking van druppeltjes, en er wordt een vergelijking gemaakt met de oliedruppels die vroeger in de microscopie werden gebruikt om extra vergroting te krijgen. Dit is niet waar het om gaat.

Waar het wel om gaat is het eenvoudige feit dat in water de golflengte van licht korter is. Dat scheelt zo'n 40%. Daarmee maak je details die 40% kleiner zijn en krijg je twee keer zoveel (1,4 in het kwadraat) transistors op een chip.

Zo eenvoudig als Beet het nu opschrijft is het natuurlijk ook weer niet. In Rochester hebben ze, na aanvankelijke scesis vanuit de buitenwereld, in experimenten bewezen dat het idee werkt. Maar er zijn nog wel wat horden te overwinnen. Over het te behandelen oppervlak moet een extreem dunne, extreem gelijkmatige, extreem schone stroom water lopen. Dun omdat het gebruikte licht ultraviolet is, terwijl water dat licht niet zo goed doorlaat (onder water verbrand je niet in de zon). Gelijkmatig omdat anders de afbeelding, die door het water heen wordt geprojecteerd, niet scherp wordt. En schoon omdat het oppervlak van de chip-in-wording geen onzuiverheden mag opnemen.

Op zichzelf is water ideaal, omdat het niet chemisch reageert met de materialen die in de productieprocessen worden gebruikt. De lichtbrekende eigenschappen (die verantwoordelijk zijn voor de verkorting van de golflengte maar ook bijvoorbeeld voor de optische 'breking' van een stok die in het water wordt gestoken) zijn maximaal voor het licht dat nu in de lithografie in gebruik is. Voor de nog kortere golflengten die in de toekomst gaan worden toegepast biedt de methode geen soelaas. Wanneer de industrie eenmaal met 'ver ultraviolet' en röntgenstraling moet gaan werken, is de enige optica die nog werkt die van spiegels.

Niettemin zijn de verschillende chipfabrikanten eensgezind op Rochester gedoken. Rond de jaarwisseling verwachten ze, met gereedschappen die nu worden ontwikkeld bij Nikon, Canon en het Nederlandse ASML, met de methode te kunnen gaan oefenen.