Onderzoekers en bedrijven in Europa en de VS tonen nieuwe stappen in atomaire fabricage. In labs in onder meer Delft en Leuven worden patronen atoom voor atoom gelegd. De resultaten kwamen deze week naar buiten via demonstraties en preprints. Het doel is om beperkingen van fotolithografie van ASML te omzeilen bij zeer kleine structuren.
Atomen vormen chipstructuren
Atomaire fabricage bouwt materialen laag voor laag, soms zelfs per atoom. Dat gebeurt met methoden zoals scanning-probe-lithografie, een naald die met stroom atomen verplaatst. Ook chemische zelf-assemblage, waarbij moleculen zich spontaan in patronen ordenen, speelt een rol. Deze benaderingen richten zich op structuren voor sensoren, geheugen en kwantumchips.
In Delft werken onderzoekers aan single-atom componenten in silicium, onder meer bij QuTech en TU Delft. Imec in Leuven onderzoekt directed self-assembly met blokcopolymeren en 2D-materialen. Zulke patronen halen afmetingen onder de tien nanometer. Dat is kleiner dan wat klassieke patronen met diepe ultraviolet-techniek betrouwbaar leveren.
Internationale teams koppelen deze methoden aan geavanceerde microscopie. Scanning-tunnelingmicroscopen en transmissie-elektronenmicroscopen sturen het proces. Daarmee zien en sturen onderzoekers individuele atomen. Het blijft nu nog vooral een laboratoriumopstelling, geen productielijn.
EUV-lithografie gebruikt licht met een golflengte van 13,5 nanometer; atomaire methoden mikken op precisie tot onder 1 nanometer.
ASML behoudt massavoordeel
ASML bouwt op het moment van schrijven de enige EUV- en High-NA EUV-machines voor massaproductie. Deze systemen maken honderden wafers per uur met hoge opbrengst. Dat is nodig voor telefoonchips en datacenters. Atomaire technieken halen die doorvoer nog niet.
De sterkte van ASML zit in doorvoer, betrouwbaarheid en ecosysteem. Zeiss levert optiek, en klanten gebruiken software van Synopsys, Cadence en Siemens EDA voor zogeheten computationele lithografie. Daardoor blijft de kostprijs per chip laag. Dat voordeel is in volumeÂmarkten doorslaggevend.
Toch schuiven grenzen op. High-NA EUV verkleint patronen verder, maar vraagt nieuw maskers, nieuwe resists en andere processen. Die omslag kost tijd en geld in fabrieken. Atomaire routes kunnen juist nichetoepassingen bedienen waar resolutie belangrijker is dan snelheid.
AI stuurt atomaire patronen
Kunstmatige intelligentie helpt deze extreem precieze processen te sturen. Beeldalgoritmen herkennen defecten in realtime en sturen de naald of chemie bij. Reinforcement learning, een leervorm met feedback, kan optimale stappenplannen vinden. Zo daalt het aantal fouten per stap.
In fab-omgevingen gebruiken bedrijven als KLA en Nanotronics al AI voor inspectie. Ontwerpplatforms zoals Synopsys DSO.ai en Cadence Cerebrus verlagen energieverbruik en vergroten opbrengst via automatisering. Die software sluit ook aan op nieuwe processtappen. Dat versnelt de weg van lab naar pilotlijn.
Ook voor zelf-assemblage is AI nuttig. Simulaties voorspellen hoe moleculen zich ordenen op een oppervlak. Daarmee kies je vooraf het juiste materiaal en de juiste temperatuur. Het verkort dure proefreeksen in de cleanroom.
Wetgeving raakt fabriek-AI
De Europese AI-verordening (AI Act) classificeert industriële procescontrole meestal als laag risico. Fabrieken moeten wel transparantie, logbestanden en menselijk toezicht regelen. Bij automatische beslissingen over kwaliteit of scrap hoort uitleg achteraf. Zo blijven audit en aansprakelijkheid duidelijk.
De AVG is beperkt van toepassing, omdat procesdata doorgaans geen persoonsgegevens zijn. Toch kan privacy meespelen bij camerabeelden of operator-data. Dan gelden principes als dataminimalisatie en pseudonimisering. Versleuteling en strikte toegangscontrole zijn standaard in fab-netwerken.
Voor onderzoek gelden extra regels bij datadeling over grenzen heen. Horizon Europe en het Chips Joint Undertaking vragen dat resultaten herbruikbaar zijn. Tegelijk moeten bedrijven hun IP beschermen. Contracten en datasilo’s balanceren die twee belangen.
Nederlandse en Europese positie
Nederland heeft met ASML, Zeiss-partners en toeleveranciers een sleutelpositie in patroonvorming. Universiteiten als TU Delft, Eindhoven en Twente ontwikkelen meet- en nanotechniek. Institutes als AMOLF werken aan nanofotonica en materiaalkunde. Dat sluit aan op atomaire fabricage.
België’s imec fungeert als Europese proeftuin voor nieuwe lithografie en materialen. Bedrijven testen er resists, maskers en procesrecepten. Ook zelf-assemblage en 2D-materialen lopen er in pilotlijnen. Dit verkleint de kloof tussen lab en industrie.
Financiering komt uit NWO, nationaal groeifondsen en Europese programma’s. Aanbestedingen vragen vaak open data en duurzame processen. Dat bevordert opschaalbaarheid in Europa. Het helpt ook om toeleveringsketens te verankeren op het continent.
Tijdpad en marktkansen
Atomaire fabricage zal eerst doorbreken in niches. Denk aan kwantumapparaten, sensoren en specialistische geheugenlagen. Hier telt extreme precisie meer dan volumes. Doorvoer en kosten mogen dan hoger liggen.
Voor massaproductie van logische chips blijft EUV de hoofdroute dit decennium. High-NA EUV rolt uit bij vroege klanten en vergt nieuwe ontwerpregels. Dat biedt nog jaren ruimte voor optimalisatie met AI. Tegelijk lopen proeflijnen voor atomaire stappen naast bestaande processen.
De kans voor Europa ligt in combinaties. ASML’s lithografie kan samengaan met zelf-assemblage of atomaire nabehandeling. Zo ontstaan hybrideroutes met betere prestaties per watt. Bedrijven die nu leren integreren, winnen later tijd en kosten.
