In een poging om Amerikaanse sancties te omzeilen en de leiding te nemen in de halfgeleiderindustrie, is China begonnen aan een baanbrekend project om een enorme chipfabriek te bouwen die wordt aangedreven door een deeltjesversneller. Het project, gestart in 2017, draait om een nieuw luminescentiemechanisme genaamd steady-state microbunching (SSMB) voor extreem ultraviolette (EUV) lithografiemachines. De SSMB-techniek benut de energie van geladen deeltjes tijdens de versnelling om continu zuiver EUV-licht met een hoog gemiddeld vermogen te produceren.
Het is een project dat al loopt sinds 2017, maar door de doorbraken van Huawei op het gebied van chipfabricage werd het onlangs in de openbaarheid gebracht. De pogingen om de SSMB-technologie richting chipfabricage te brengen lopen parallel aan ASML’s jarenlange onderzoek naar alternatieve lichtbronnen voor EUV. Een opmerkelijke bijvangst van deze inspanning was destijds het Lighthouse Project, dat gericht was op het industrialiseren van ASML’s methode om de medische isotoop technetium-99m (Tc-99m) te produceren zonder kernreactoren. Ondanks de aanvankelijke belofte en de benoeming tot Nederlands Nationaal Icoon, werd het Lighthouse Project geconfronteerd met uitdagingen van machtige nucleaire lobby’s en technologische problemen tijdens de laatste fase van de haalbaarheidsstudies, wat leidde tot het stopzetten van het project.
Chinese experts beweren dat deze aanpak resulteert in een hogere productie van chips, lagere kosten per eenheid en een beter gemiddeld vermogen dan de huidige EUV-technologie van ASML. De SSMB-technologie, die in 2010 werd voorgesteld en in 2019 met succes werd getest, zou China’s oplossing kunnen zijn voor toekomstige sancties en nieuwe hulpmiddelen kunnen bieden voor grensverleggend onderzoek in verschillende disciplines.
Baanbrekend in chipfabricage
China’s ambitieuze poging om een revolutie teweeg te brengen in de halfgeleiderindustrie wordt geleid door een team van de Tsinghua Universiteit, dat momenteel in gesprek is met de autoriteiten in Xiongan New Area om een bouwlocatie te selecteren, meldt de South China Morning Post. Het project is gericht op het produceren van grote aantallen goedkope chips, met name voor geavanceerde 2 nm-chips. Deze chipfabriek is niet alleen een productiefaciliteit, maar ook een bewijs van de Chinese inspanningen om de industriële dominantie van ASML uit te dagen.
ASML, gevestigd in Veldhoven, is een dominante speler op het gebied van lithografiesystemen en had tegen het einde van 2022 180 extreem ultraviolet (EUV) systemen geleverd, vooral in Azië. Hun technologie maakt gebruik van laser-geperste microdruppeltjes tin om EUV-pulslicht te produceren, waardoor een EUV-lichtbron met een vermogen van ongeveer 250W ontstaat. Deze lichtbron wordt gereflecteerd door 11 spiegels, wat leidt tot ongeveer 30% energieverlies per spiegel en een vermogen van minder dan 5W wanneer het de wafer bereikt.
SSMB: een game-changer?
Steady-State Microbunching (SSMB) technologie, het geesteskind van Chinese onderzoekers, biedt een oplossing voor deze efficiëntieproblemen. Deze technologie kan een hoger uitgangsvermogen van 1000 W bereiken, waardoor minder reflecterende spiegels nodig zijn en een hoger eindvermogen wordt gegenereerd. De SSMB-technologie gebruikt de energie van geladen deeltjes tijdens de versnelling als lichtbron, wat resulteert in continu zuiver EUV-licht met een hoog gemiddeld vermogen. Deze technologie zou een idealere lichtbron kunnen zijn dan de huidige EUV-technologie van ASML, met een hoger gemiddeld vermogen en een hogere productie van chips tegen lagere kosten per eenheid.
SSMB is echter niet zonder uitdagingen. De belangrijkste klus ligt in het beheren van de verdeling van elektronen binnen de opslagring van de versneller, zodat ze collectieve synchrone straling bereiken. Het apparaat zou straling van hoge kwaliteit kunnen produceren, van terahertzgolven met een golflengte van 0,3 mm tot EUV-golven met een golflengte van 13,5 nm. Ondanks de hindernissen voerde het team in 2021 met succes de eerste verificatiefase uit bij de Metrological Light Source (MLS) in Berlijn.
Met het succesvolle experiment en de publicatie van hun bevindingen in het tijdschrift Nature in 2021, zou China een wereldleider kunnen worden op het gebied van de productie van microchips. Volgens de South China Morning Post denkt professor Tang Chuanxiang, een lid van het team, dat de SSMB-technologie China kan helpen de gevolgen van toekomstige sancties op te heffen.
China’s opmars
De realisatie van SSMB-EUV lichtbronnen kan nieuwe instrumenten bieden voor grensverleggend onderzoek in de materiaalwetenschap, basisfysica, biochemie en andere disciplines. Nu de wereld steeds meer vertrouwt op ASML voor machines die chips printen, zou China’s innovatieve sprong het landschap van de wereldwijde halfgeleiderindustrie wel eens kunnen veranderen.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
