René Raaijmakers is hoofdredacteur van Bits&Chips.
Atoms don‘t scale. Chips met details kleiner dan atomen kunnen we niet maken. Een open deur, maar Bernie Meyerson, toptechnoloog bij IBM‘s Systems and Technology Group, onderstreepte het vorige week nog maar eens op de Globalpress Summit Conference in Monterey. Wanneer we tegen de uiterste grenzen voor elektronische schakelingen oplopen, is volgens Meyerson nog de vraag. 2016, 2020 of 2024, daarover loopt de discussie nog, zei hij. Zelf denkt hij dat 6 nm-processen haalbaar zijn in 2020. Zes nanometer. Dat is pakweg twintig atomen op een rijtje. Het is voor mij niet te bevatten hoe machines op een gecontroleerde manier tientallen miljarden transistoren tegelijkertijd zullen voorzien van de juiste elektronische eigenschappen. Nanomassaproductiemiddelen zoals de goeroe Eric Drexler ze voorstelt – doe water, suiker en een paar nanorobotjes in een thermosfles en binnen een uur heb je de producten die je wenst -, zie ik binnen een termijn van vijftig jaar niet verschijnen. Daar zal conventioneel gereedschap aan te pas moeten komen: zware machines die per uur duizenden chips, elk met biljoenen transistoren, kunnen uitspugen. Met een foutmarge van pakweg nul. Ik kan het nog niet echt geloven, maar ik laat me graag verrassen.
Het waren Meyersons collega‘s van IBM‘s Almaden Research Center die twee weken terug met optische lithografie de psychologische grens van 32 nm slechtten. Met hoogrefractieve immersievloeistoffen en lenzen slaagden researchers van Big Blue erin om lijnen af te beelden van 29,9 nm.
Met de getalkeuze 29,9 nm in het persbericht, net onder de 30 nm, maakt IBM een politiek statement. De lijnenstructuur op de bijgeleverde foto‘s is immers zelfs rafeliger dan een nanometer, kijk maar op pagina 27 (een verschil van 0,1 nm is slechts een derde van een atoomdiameter). ’We willen laten zien dat we optische lithografie zo lang willen rekken als maar kan om het gebruik van dure alternatieven uit te stellen‘, zegt Robert Allen, manager voor lithografische materialen bij het Almaden Research Center. Allen ziet in de resultaten het bewijs dat de chipindustrie nog zeker zeven jaren met lithografie op basis van 193 nm-lasers vooruit kan.
Deze houding is heel wat realistischer dan Intels spierballentaal over peperdure nieuwe generatie extreem ultraviolet lithografie. ‘s Werelds grootste chipfabrikant schreeuwt al jaren om EUV-steppers. Het rijkste halfgeleiderbedrijf wil zijn markt- en technologische positie koste wat kost veiligstellen met toegang tot de meest agressieve technologie. Dat ook Intel enkele weken geleden toegaf dat 32 nm wellicht met refractieve optiek is te halen, noem ik een doorbraak.
Het is verbazingwekkend om te zien welke vorderingen er in een half decennium in lithografie mogelijk zijn. In 2000 zei ASML‘s technologiebaas Martin van den Brink dat 70 nm met 193 nm licht een mogelijkheid was. ’Onze primaire aanname is dat 157 nm nodig is voor de 70 nm-generatie‘, aldus Van den Brink in Bits&Chips. ’Next generation technieken zetten we vanaf 50 nm in‘, zei hij toen.
Intussen heeft er een aardverschuiving plaatsgevonden, mede dankzij ASML, dat ook de stepper leverde voor de 30 nm lijntjes van IBM. Het was al duidelijk dat 193 nm-lasers de details op de 45 nm-chipgeneratie zullen gaan vormgeven. Met IBM‘s resultaten komt nu ook de 32 nm-generatie binnen het bereik van ArF-lasers.
Ik laat me graag verrassen, maar ik zou me er niet over verbazen dat 193 nm licht door middel van nieuwe optische trucs en extra ondersteunende productiestappen is op te rekken naar de generatie na 32 nm. Als dat zo is, dan zal toepassing van EUV in de chipproductie wellicht beperkt blijven tot zeer specifieke markten.