EnglishLam Research en imec maken superfijne chipbedrading van ruthenium in één belichting
Lam Research en het Belgische onderzoekscentrum imec maakten metalen chipbedrading met lijnen die samen met hun tussenruimte 20 nanometer breed zijn, in één belichting met de nieuwste ASML-machine. Alle teststukken voor kortsluiting werkten. Nu volgt de stap naar productie.
De Amerikaanse chipmachinemaker Lam Research en het Belgische onderzoekscentrum imec hebben laten zien dat ze uiterst fijne bedrading voor chips kunnen maken in één enkele stap. Ze gebruikten daarvoor het metaal ruthenium, een nieuw soort lichtgevoelige laag van Lam en een high-NA EUV-machine van ASML: de nieuwste en nauwkeurigste machine om patronen op chips te tekenen. Lam en imec maakten het resultaat op 27 en 28 oktober bekend, samen met een bredere samenwerking.
De metalen lijntjes liggen zo dicht op elkaar dat lijn plus tussenruimte samen 20 nanometer breed zijn. Een mensenhaar is ongeveer 4.000 keer zo breed. Volgens Lam en imec werkten alle teststukken die controleren op kortsluiting, verspreid over de hele schijf silicium. Van de teststukken die controleren op onderbroken lijnen werkte meer dan 90 procent.
Waarom chipbedrading een probleem wordt
Een chip bestaat uit miljarden piepkleine schakelaartjes, transistors. Die zijn met elkaar verbonden door laagjes metalen draadjes boven op de chip. Al ruim 25 jaar zijn die draadjes van koper. Maar hoe kleiner chips worden, hoe dunner die draadjes moeten zijn, en daar heeft koper moeite mee.
Dat heeft twee oorzaken. In een heel dun koperdraadje botsen de elektronen steeds tegen de wanden, waardoor de stroom slechter doorkomt. Daarnaast heeft koper een beschermend laagje om zich heen nodig, anders lekt het metaal weg in de chip. Bij heel dunne draadjes neemt dat laagje een groot deel van de ruimte in, en blijft er weinig koper over om de stroom te geleiden.
Ruthenium heeft die problemen minder. De elektronen hebben in dit metaal minder last van de wanden, en een beschermend laagje is niet nodig. Daarom zien chipmakers ruthenium als een kandidaat om koper in de allerkleinste lagen te vervangen. Ruthenium wordt hier ook op een andere manier verwerkt: de fabrikant legt eerst een dun laagje metaal neer en etst daarna weg wat niet nodig is. Zo blijven alleen de draadjes over.
Tekenen met licht, zonder kleine foutjes
Om te bepalen waar de draadjes komen, tekent een machine het patroon met licht op een lichtgevoelige laag, een beetje zoals bij een ouderwets fotorolletje. De high-NA EUV-machines van ASML kunnen fijnere lijnen tekenen dan alle machines daarvoor.
Op deze kleine schaal ontstaan in de lichtgevoelige laag gemakkelijk toevallige foutjes: een bruggetje tussen twee lijntjes, wat kortsluiting geeft, of een lijntje dat ergens breekt. Lam heeft daarom een lichtgevoelige laag ontwikkeld, Aether genaamd, die niet als vloeistof op de schijf wordt gegoten maar als damp wordt neergelegd. Ook het ontwikkelen, het zichtbaar maken van het patroon, gebeurt met gas in plaats van met vloeistof. Volgens Lam geeft dat minder van die foutjes.
Belangrijk is ook dat het in één belichting lukte. Bij zulke fijne patronen moeten fabrikanten nu vaak meerdere keren belichten om één laag te maken. Elke extra ronde kost tijd en geld, en geeft meer kans op fouten.
Bredere samenwerking
Lam en imec gaan ook samenwerken aan het stapelen van chips op elkaar en aan geheugenchips van de toekomst, waarin geheugencellen in veel lagen boven elkaar liggen. Imec kreeg in maart 2026 de nieuwste high-NA EUV-machine van ASML, de EXE:5200, in zijn cleanroom in Leuven. Die machine hoort bij de Europese proeflijn NanoIC voor chips kleiner dan 2 nanometer en moet eind dit jaar volledig klaar zijn voor gebruik.
De resultaten zijn behaald in een onderzoeksomgeving. Hoe goed de techniek werkt in een fabriek die dag en nacht miljoenen chips maakt, moet de volgende stap laten zien. Wanneer chipfabrikanten de techniek gaan gebruiken, hebben Lam en imec nog niet gezegd.
Wat betekent dit voor de weg naar de singulariteit?
AI heeft steeds meer rekenkracht nodig, en die komt voor een groot deel uit chips met steeds kleinere onderdelen. Maar kleinere transistors helpen weinig als de draadjes ertussen de stroom niet goed meer doorlaten. Deze proef laat zien dat twee nieuwe technieken samen werken: bedrading van ruthenium en een lichtgevoelige laag die als damp wordt neergelegd, op de nieuwste ASML-machines en in één belichting. Daarmee komt een volgende generatie chips dichterbij: zuiniger, sneller en met meer rekenkracht per vierkante millimeter, precies wat de AI-systemen van de komende jaren nodig hebben.
