Nieuwe technologische offensief in de semiconductorindustrie

Verenigde Staten bereiden ingrijpende veranderingen voor in de lithografie: het hart van het semiconductor-ecosysteem. Het opkomende bedrijf Substrate heeft een voorstel gepresenteerd dat de kracht van deeltjesversnellers combineert met een röntgenbron om transistorpatronen te printen met een resolutie die volgens het bedrijf vergelijkbaar is met, of zelfs beter dan, de geavanceerde EUV-systemen van ASML. Bovendien zouden de kosten veel lager zijn en de complexiteit minder groot. Het doel is duidelijk: de afhankelijkheid van Europa en Azië verminderen en de meest kritieke schakel in geavanceerde productie naar de Verenigde Staten terugbrengen.

Een baanbrekend alternatief

Substrate biedt een radicale oplossing: het vervangen van extreme ultraviolet (EUV) licht door röntgenstraling, gegenereerd door elektronen die bijna met de snelheid van het licht worden versneld en vervolgens in krachtige pulsen worden omgezet via magnetische velden. Met deze technologie claimt Substrate al 12 nm contactarrays en 30 nm interconnecties met hoge nauwkeurigheid te hebben kunnen printen, wat vergelijkbaar is met de 2 nm nodes in termen van resolutie.

Hoe het werkt: Van accelerator naar wafer

Het systeem begint met radiofrequentieholtes die electronen versnellen. Deze hoogenergetische electronen worden doorgestuurd door wisselende magneten die de emissie van intense röntgenpulsen veroorzaken. Deze pulsen worden via een geavanceerd optisch systeem naar een 300 mm wafer geleid, waar een uiterst snelle mechanische module de benodigde opbrengst voor een moderne fabriek levert. Substrate heeft zelfs al zijn eerste productie-lithografieapparaat voor 300 mm wafers geproduceerd.

Strategische overwegingen: onafhankelijkheid en kostenbeheersing

Substrate koppelt zijn plannen aan de industriële autonomie van de VS. De firma wijst op de ongekende kostenstijgingen in de sector. Fabrieken kosten nu al meer dan 50 miljard dollar, en wafers tot wel 100.000 dollar. Substrate streeft ernaar deze cijfers te halveren naar 10.000 dollar per wafer tegen het einde van dit decennium, wat de toegang tot geavanceerde silicium zou dempen en een nieuwe golf van meer betaalbare chipontwerpen zou mogelijk maken.

Geopolitiek krachtenveld: een directe aanval op ASML en een strijd met China

Door de dominantie van ASML in Nederland op het gebied van EUV-lithografie kan Substrate de krachtverdeling in de sector ingrijpend veranderen. China investeert ondertussen fors in eigen technologieën, met het doel zich tegen 2030 onafhankelijk te maken. Het is een geopolitiek spel waar Substrate met zijn innovatieve aanpak hoopt te slagen waar anderen faalden.

Technische uitdagingen en onzekerheden

De grootse belofte van röntgen-lithografie zal zich moeten bewijzen in de praktijk. Belangrijke vragen blijven bestaan over de throughput en de geschiktheid van materialen en processen. De schakeling van prototype naar massaproductie is een kritische fase waarin veel technologieën vastlopen.

Blik op de toekomst

Substrate heeft enkele belangrijke mijlpalen bereikt, waaronder het ontwikkelen van een intern systeem voor 300 mm wafers en het produceren van nauwkeurige patronen. Hun roadmap richt zich op het integreren van deze technologie in nieuwe Amerikaanse fabrieken, met de ambitie om miljarden wafers per jaar te produceren.

Implicaties voor de industrie

Als Substrate zijn beloftes waarmaakt, zou dit de huidige dynamiek van de chipindustrie aanzienlijk kunnen veranderen. De vermindering van de kosten kan leiden tot een bredere toegang tot cutting-edge silicium en een opkomst van kleinere spelers die meer op maat gemaakte chips willen produceren.

De Europese uitdaging

Voor Europa zou het succes van Substrate vragen oproepen over de toekomst van ASML en het Europese leiderschap in lithografie. De concurrentiestrijd kan niet alleen de marktmacht herverdelen, maar ook de discussies over technische onafhankelijkheid opnieuw aanzwengelen.

Belangrijke signalen om in de gaten te houden

De komende 12-24 maanden zullen cruciaal zijn. Belangrijke indicatoren zijn onder andere publicaties over technische prestaties en de ontwikkeling van een solide klantenbestand.

Als Substrate deze technische uitdaging weet te overwinnen, zou de VS wellicht een nieuw hoofdstuk in de chipfabricage kunnen schrijven, wat zowel Europa als China zou dwingen om hun strategieën opnieuw te evalueren.