Hoe worden chips gemaakt?

Miljardenindustrie onder de loep

Zand, glas en chips

Of je nu tijdens je vakantie op een ver tropisch eiland op het strand ligt, door het raam naar buiten naar het druilerige Nederlandse weer kijkt of je computer of telefoon gebruikt, je bent steeds bezig met hetzelfde materiaal: silicium. Het is het meest voorkomende element in de aardkorst, na zuurstof en in verbindingen als siliciumdioxide of silica, het hoofdbestanddeel van zand. Ook glas bestaat grotendeels uit die verbinding. In bijna alle chips, of het nu processors, geheugen of andere componenten zijn, vormt silicium het hoofdbestanddeel.

De productie van een chip is echter een stuk complexer dan die van glas en vergt een groot aantal stappen. De belangrijkste daarvan vinden plaats in een chipfabriek, meestal kortweg fab genoemd, als afkorting voor fabrication facility. Stel je daarbij een industrieel complex van duizenden vierkante meters voor, met een eigen stroomvoorziening, verwarming en airconditioningsystemen, en je bent op de goede weg.

Het zal de meeste tweakers wel bekend zijn dat een chip van een wafer gemaakt wordt en dat die wafer een groot aantal stappen in het productieproces moet doorlopen om er miljarden transistors op te krijgen. Makkelijk is het niet; die stappen vragen veel tijd en zijn uiterst complex. Naarmate chips en het procedé om ze te maken complexer worden, duurt het langer en wordt het duurder om een chip te fabriceren. Maar nog voordat het tijd is om met een wafer aan de slag te gaan, zijn tal van bedrijven al druk in de weer geweest om de juiste apparaten aan te leveren, wafers te produceren en andere benodigdheden te maken om een productierun te doen. En als er eenmaal honderden chips op een wafer gemaakt zijn, zitten die nog lang niet in een processor of in een andere chip, klaar voor gebruik. Er moet verwerkt, getest en verpakt worden en ook daarvoor zijn weer dure en speciale machines nodig.

Buiten de fab worden tal van cruciale machines en componenten geproduceerd. Waarschijnlijk de bekendste daarvan zijn de lithografiemachines van ASML, die in veel productielijnen voor de belichting van de wafers zorgen. De lithografiemachines die ASML produceert, worden onder meer door Intel, Samsung en TSMC gebruikt, terwijl ASML op zijn beurt tal van leveranciers heeft, waaronder bijvoorbeeld Carl Zeiss voor de lenzen van de lithografiemachine. Het belichten van de wafers is maar een van de stappen; voor de overige stappen zijn ook weer grote en dure machines nodig, bijvoorbeeld om ultradunne laagjes materiaal op het waferoppervlak aan te brengen of juist ervan te verwijderen.

Als een wafer eenmaal klaar is, geldt dat nog lang niet voor het werk. Voordat je een processor in je pc kunt monteren of voordat een bedrijf een chip in een product kan verwerken, is nog een groot aantal dure stappen nodig, waarvan sommige in de fab plaatsvinden en andere daarbuiten uitgevoerd worden. Zo moeten chips uiteraard getest worden; het heeft immers weinig zin om een defecte chip in een product te verwerken. Dat verwerken heeft ook nog flink wat voeten in de aarde en gebeurt meestal buiten de fab, waarbij de wafer in stukken gezaagd wordt en op een geschikt substraat wordt gemonteerd. Afhankelijk van de chip zijn daarvoor weer tientallen of honderden verbindingen nodig, die door gespecialiseerde machines met fijne gouddraadjes worden gerealiseerd.

We zullen de belangrijkste stappen uit het productieproces op de volgende pagina's nader bekijken.

• Volgende pagina 3. Waarom worden fabs steeds duurder?