Hoe worden chips gemaakt?

Miljardenindustrie onder de loep

Waarom worden fabs steeds duurder?

Het zal duidelijk zijn dat de chipproductie een industrie is waarmee tientallen zo niet honderden bedrijven gemoeid zijn en waar enorme investeringen voor nodig zijn. Zo moet de fabriek eigenlijk één grote cleanroom zijn die stukken schoner is dan een operatiekamer. Dat is logisch, want een stofje op een chip is natuurlijk enorm in verhouding tot de componenten op nanometerschaal. Aangezien zo'n beetje de hele fab van tienduizenden vierkante meters één grote cleanroom is, moet er nogal gefilterd en met overdruk gewerkt worden.

Om binnen te mogen moet je dan ook een bunny suit met haarnet, mondkap, speciale schoenen en speciale handschoenen aan om stof te beperken en word je van tevoren schoongeblazen om losse stofdeeltjes en huidschilfers te verwijderen. Dan nog komen mensen eigenlijk nooit in direct contact met de wafers, want die wafers worden binnen de fab vrijwel altijd getransporteerd in zogeheten foups, een afkorting voor front opening unified pod. In de foup is de wafer extra beschermd tegen vervuiling, dankzij een beschermende atmosfeer en hermetische afsluiting. Bovendien is zo'n foup nodig, omdat de bijzonder kwetsbare wafers niet voor elke stap door mensen vervoerd kunnen worden. Daarvoor zijn er robotsystemen aan het plafond en bij elke machine, die de foups met wafers vervoeren en hanteren.

Een schone werkomgeving is nog niet genoeg bescherming voor de kwetsbare wafers, reden om de hele fab met een eigen energievoorziening uit te rusten en bestand tegen aardbevingen te maken. Natuurlijk mag ook de temperatuur niet te veel fluctueren, waarvoor een precies klimaatbeheersingssysteem nodig is. De doorlooptijd van een enkele wafer in de fabriek bedraagt namelijk al snel minstens een maand en het zou een kostbare zaak worden als er ergens in die maand een stroomstoring of andere onderbreking in het productieproces optreedt. De wafer zou dan in bijna alle gevallen weggegooid moeten worden en voor een volle productielijn zou dat uiteraard extreem kostbaar zijn.

De faciliteiten waar chips geproduceerd worden, zijn al duur, maar dat geldt natuurlijk ook voor de apparatuur die gebruikt wordt voor de productie. De bekendste apparaten die daarvoor ingezet worden, kennen we van ons eigen ASML uit Veldhoven, dat voor veel moderne fabs de lithografiemachines levert. Zo'n apparaat alleen al kost enkele tientallen miljoenen en naarmate de productieprocedés slinken, worden de apparaten duurder. Met een stepper alleen ben je er natuurlijk niet; alle andere benodigde apparaten vullen een hal van enkele duizenden tot tienduizenden vierkante meters en kosten miljoenen.

Met een moderne fab die de nieuwste chips moet produceren, zijn dan ook miljarden euro's aan investeringskosten gemoeid, een bedrag dat natuurlijk uiteindelijk gewoon moet worden terugverdiend. Nu hoeft dat gelukkig niet in een paar jaar; met af en toe een upgrade of juist downgrade kan een chipfabriek gerust tien of twintig jaar mee. Met investeringen van enkele tot tientallen miljarden is het echter logisch dat nieuwe chips aan de ene kant duur blijven en er tegelijkertijd nog maar weinig fabrikanten over zijn die zelf hun chips maken. Dat kun je beter uitbesteden aan grote partijen als TSMC, GlobalFoundries of UMC, die kunnen profiteren van schaalgrootte. Zelfs grote partijen als Nvidia en Qualcomm besteden hun productie uit.

• Volgende pagina 4. Waferproductie